Международный коллектив учёных, представляющих Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ), научный центр «Малотоннажная химия», Институт биологии гена РАН, Институт общей физики РАН, а также Технический университет Кемница (Германия) и Университет Эрлангена — Нюрнберга (Германия), разработал новый комплекс флуоресцентных соединений, способных показать переизбыток кальция в организме. Об этом сообщается в журнале Sensors and Actuators B.
Российские и немецкие химики разработали метод синтеза новых соединений, позволяющих не только находить, но и контрастно подсвечивать ионы кальция в костных и мягких тканях организма. Полученные молекулы содержат в себе две функциональные группы. Первая группа (бисфосфонатная) обнаруживает кальций в организме и химически связывается с ним, а вторая (нафталимидная) интенсивно флуоресцирует ярким светом под воздействием лазерного излучения.
По данным учёных, прямых аналогов новой разработки в мире не существует — известны лабораторные исследования некоторых схожих соединений, но их синтез очень сложный и дорогостоящий. Возможности новых молекул подтверждены серией экспериментов in vitro (в пробирке), в том числе на клетках соединительной ткани человека.
«До нас на данной оптической платформе никто флуоресцентные бисфосфонаты не создавал. Мы получили молекулу, которая идёт туда, где наблюдаются проблемы с костной или мягкими тканями. Получается такой рецептор, который соединяется с кальцием и подсвечивает его», — сообщил один из авторов работы, доцент РХТУ Максим Ощепков.
Эксперименты показали, что полученные молекулы легко проникают сквозь мембрану внутрь клеток, не повреждая их. Далее они связываются с ионами кальция, после чего их можно наблюдать с помощью флуоресцентного микроскопа.
Такой метод диагностики обладает высокой чувствительностью и наглядностью, а флуоресцентные маркеры значительно безопаснее и дешевле радиоактивных меток, отмечают исследователи. По их мнению, в дальнейшем возможно введение таких соединений в организм перорально или с помощью инъекций.
Более того, при проведении операций хирургу будет достаточно надеть маску со светофильтром, чтобы увидеть подсвеченные синтезированными молекулами кальцинированные участки открытых тканей.
В дальнейшем исследователи планируют модифицировать полученные соединения таким образом, чтобы они флуоресцировали в инфракрасном диапазоне. Предполагается, что они будут лучше проникать через биологические ткани и повысят возможности диагностики.
Также учёные уверены, что их разработка найдёт применение и в фундаментальных исследованиях внутриклеточных процессов с участием кальция.
«Его (кальция) концентрация сильно отличается внутри и снаружи клеток многоклеточных организмов, и на этом завязано множество разных физиологических процессов. Наша работа может быть использована другими научными группами как новый инструмент для изучения и визуализации кальциевых процессов, в частности физиологических», — подытожил соавтор работы, доцент РХТУ Сергей Ткаченко.
Напомним, кальций — самый распространённый макроэлемент в нашем организме. Он составляет около 2% от массы тела человека. Однако его переизбыток является серьёзной медицинской проблемой. В частности, повышенная концентрация кальция в тканях молочных желёз, почек или сосудов может говорить о ранних стадиях различных патологий, в том числе злокачественных опухолей.