Российские и немецкие ученые придумали и синтезировали соединения, которые могут «подсвечивать» ионы кальция в растворах, биологических тканях и даже внутри клеток. Работа исследователей опубликована в журнале Sensors and Actuators B.

У разработанных учеными молекул две основные функциональные группы — бисфосфонатная, которая выполняет функцию рецептора для катионов кальция, и нафталимидная, которая интенсивно флуоресцирует после воздействия лазером. Благодаря этим двум группам молекула в целом способна связывать ионы кальция и светиться при действии лазерных лучей. Такие соединения можно использовать для терапии костных заболеваний, а также неинвазивной диагностики различных опухолей, связанных с избыточной кальцификацией мягких тканей.

«До сих пор на такой оптической платформе никто не создавал флуоресцентные бисфосфонаты, — говорит один из авторов работы, доцент РХТУ и сотрудник АО Научного центра «Малотоннажная химия» Максим Ощепков. — Мы нашли способ объединить в одной молекуле алендроновую кислоту, которая используется для подавления разрушения костной ткани, и получили молекулу, которая способна детектировать проблемы с костной или мягкими тканями с помощью флуоресценции метки, возбужденной лазерным излучением. Это своего рода искусственный рецептор, который помогает для медицинской диагностики».

Чтобы синтезировать новое соединение, ученые использовали блочный метод, содержащий максимум четыре стадии. С помощью него ученые смогли получить три различных соединения, отличающихся длиной спейсера — участка молекулы, который разделяет флуоресцирующую нафталимидную группу и рецепторную бисфосфонатную. Для каждого соединения исследователи провели серию экспериментов: они хотели выяснить, насколько стабильной будет их флуоресценция в широком диапазоне pH и условиях, приближенных к физиологическим. Также авторы оценивали интенсивность связывания новых молекул с ионами кальция.

На последнем этапе исследователи решили проверить способности новых соединений на практике — in vitro. Для этого авторы вводили синтезированные вещества в человеческие фибробласты. В результате авторы выяснили, что бисфосфонаты способны проникать через мембрану внутрь клеток, не нанося им повреждений. После этого молекулы связывались с ионами кальция, и их можно было детектировать с помощью лазерного излучения. При этом внутрь клеточных ядер бисфосфонаты не проникают, что делает их малотоксичными.

В другом эксперименте кроме фибробластов ученые также добавляли в культуру гидроксиапатит — минерал, входящий в состав костной ткани. В таком случае бисфосфонаты уже почти не проникали внутрь клеток, а соединялись с более доступным кальцием на поверхности гидроксиапатита. Так исследователи показали принципиальную возможность контрастирования костной ткани на фоне мягких тканей с помощью новой технологии.