Ученые предложили гибридное соединение, которое активируется лазерным облучением и подавляет работу белка, участвующего в развитии многих нейродегенеративных заболеваний, на 71 процент лучше, чем предшественники. При этом авторы отметили достаточно сильную разницу в характере люминесценции для необлученных и лазерно-облученных гибридов, благодаря чему специалисты смогут контролировать активность этих соединений в организме человека. Кроме того, расположение предложенных гибридов можно легко обнаруживать в организме благодаря их люминесценции.
Измерение биоактивности гибридов после фотопереключения / © Алина Маньшина
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nanomaterials. Фотофармакология — это новый подход в медицине, в котором биологическая активность веществ контролируется светом. Так, с помощью светового луча исследователи «запускают» или «останавливают» работу фотофармакологического средства. На данный момент такие препараты состоят из двух компонентов — фармакофора, то есть самого действующего вещества, например антибиотика, и фотопереключателя.
Под действием света фотопереключатель меняет свою форму и оптические свойства, а фармакофор, прикрепленный к нему, взаимодействует уже непосредственно с биологической мишенью. Однако препараты, в состав которых входят формакофоры в тесной связи с фотопереключателями, оказываются гораздо менее эффективными, чем действующие вещества в чистом виде. Поэтому исследователи пытаются разработать соединения, обладающие одновременно и высокой биологической активностью, и способностью изменять свои функции после облучения светом.
Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) разработали вещество, биологической активностью которого можно управлять с помощью света и распределение которого в организме возможно будет легко отслеживать. В основе препарата лежит гибридный наноматериал, объединяющий фосфонат и углеродные квантовые точки. Фосфонат — это биоактивное вещество, реагирующее на свет и подавляющее активность бутирилхолинэстеразы (BChE). Повышенная концентрация этого фермента может привести к развитию болезни Альцгеймера, кроме того, BChE связана с различными кожными заболеваниями. Углеродные квантовые точки — это биосовместимые углеродные наночастицы, размером в миллион раз меньше сантиметра, которые способны интенсивно светиться. Именно благодаря им возможно отслеживать перемещение и метаболизм гибридных соединений.
Исследователи проверили, как гибрид реагирует на лазерное ультрафиолетовое излучение. Биоактивность полученного вещества после облучения увеличивалась с 38 практически до 100 процентов. Для сравнения, чистый необлученный фосфонат подавлял активность фермента только на 29 процентов. Таким образом, авторы получили соединение, которое до и после лазерного облучения подавляло активность фермента с разной эффективностью. Кроме того, гибрид сохранил способность фосфонатов активироваться под действием света, что может упростить его применение в медицинской практике.
Также, используя сложную биологическую матрицу — срез куриной грудки, — ученые показали, что облученный и необлученный гибрид светится разным цветом и с разной яркостью, а люминесценция затухает с разной скоростью. Таким образом, по кинетике люминесценции можно оценивать биологическую активность полученных соединений.
Такой результат потенциально позволит исследователям отслеживать соотношение между облученным и необлученным гибридом в организме человека, а следовательно, контролировать активность препарата и его локализацию в тканях пациента.
«Ранее мы продемонстрировали фотопереключаемые и биоактивные соединения. То, что теперь нам удалось объединить такие вещества с биосовместимыми и люминесцирующими углеродными точками и при этом не только сохранить, но и приумножить свойства полученных гибридов — большой шаг вперед, важный для фотофармакологии. Мы называем полученные гибриды “все включено”, поскольку они обеспечивают одновременно наличие четырех важных функций: биоактивности — ингибирования BChE, фотопереключения, люминесценции, индикации состояния биоактивности», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Алина Маньшина, доктор химических наук, профессор кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения СПбГУ.
Также в исследовании приняли участие ученые из Центра экологической безопасности Федерального исследовательского центра РАН (Санкт-Петербург), Санкт-Петербургского государственного технологического института (Санкт-Петербург) и Института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва).
