Тайны с селеном: ученые ускорили разработку лекарств и контрастных агентов для МРТ
Как новая методика усиления радиочастотных сигналов ядер поможет медицине
EN
Российские ученые значительно ускорили разработку новых лекарственных препаратов и агрохимикатов на основе селена. Он играет важную роль в биологии и медицине, поскольку входит в состав ферментов, например, защищающих клетки от окислительного стресса, и перспективных противоопухолевых препаратов. Кроме того, разработанный метод обещает революционные изменения в диагностической медицине, где на его основе можно будет создать новые высокочувствительные контрастные агенты для МРТ, рассказали «Известиям» ученые.
Что такое ядерный магнитный резонанс
Ученые из Международного томографического центра СО РАН (Новосибирск), Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева (Нижний Новгород) и Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН (Москва) нашли способ на ускорить поиск селенсодержащих молекул. Они играют важную роль в медицине благодаря своим антиоксидантным и иммуномодулирующим свойствам, а также участию в гормональном обмене, особенно в работе щитовидной железы.
Справка «Известий»
Для исследования молекул используют метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В рамках этого подхода молекулу помещают в магнитное поле, под действием которого собственные магнитные моменты (спины) ее ядер ориентируются в направлении внешнего магнитного поля. В результате ядра поглощают или испускают определенные — специфичные для разных элементов — радиочастотные сигналы, по которым можно определить химический состав и молекулярную структуру соединений. Однако спины не всех ядер достаточно интенсивно реагируют на магнитное поле, из-за чего сигнал от них получается слишком слабым.
Особенно сильно недостаточность сигнала проявляется в случае редких изотопов — вариантов одного и того же атома с разной массой.
Один из них — селен-77 — играет важную роль в биологии и медицине, поскольку входит в состав ферментов, например, защищающих клетки от окислительного стресса, и перспективных противоопухолевых препаратов. Поэтому для его обнаружения в молекулах приходится использовать методы, позволяющие усилить сигнал, но они затратны, требуют сложного оборудования и крайне низких температур, а потому сложны в реализации.
Молекула селендиазола, поляризованная с помощью параводорода
В рамках нового подхода исследуемое вещество помещают в магнитное поле вместе с иридиевым катализатором, рассказали ученые. Затем через раствор пропускают параводород — форму молекулы водорода, в которой магнитные моменты (спины) ядер ориентированы в противоположных направлениях. Такое соединение «невидимо» для детектирующего прибора, поэтому его присутствие не искажает результаты анализа.
— Предложенная технология перспективна сразу в нескольких областях науки. В фармацевтике она может значительно ускорить разработку новых лекарственных препаратов и агрохимикатов, — рассказал «Известиям» руководитель проекта, старший научный сотрудник лаборатории фотохимических радикальных реакций Международного томографического центра СО РАН Алексей Кирютин.
Магнитно-резонансный томограф
По его словам, в биомедицинских исследованиях открывает уникальные возможности для мониторинга биохимических процессов с участием селена.
— Кроме того, метод обещает революционные изменения в диагностической медицине, на его основе можно будет создать новые высокочувствительные контрастные агенты для магнитно-резонансной томографии, — отметил ученый.
Как используют селен-77
Авторы применили предложенный способ для анализа селенсодержащего органического соединения с потенциальной антимикробной и противоопухолевой активностью. С помощью нового подхода ученые в 12 тыс. раз усилили сигнал от ядер селена и зарегистрировали в образце редкие молекулы с двумя ядерными изотопами в своем составе — селеном-77 и азотом-15, — доля которых составила всего 0,028% от общего количества исследуемых молекул.
Разработанный метод будет особенно ценен при изучении перспективных селенсодержащих препаратов — в частности, соединений класса селендиазолов, которые демонстрируют выраженную противоопухолевую и антимикробную активность, отметили специалисты.
— Ученые значительно усилили чувствительность анализа, что облегчает процесс создания лекарственной формы и позволяет разработать удобные методики для изучения распределения в организме препарата, фармакокинетики и фармакодинамики и всего спектра биофармацевтичеких исследований. Кроме того, это позволяет разработать удобные быстрые методики контроля качества лекарственного средства, если таковое появится, — сказал «Известиям» профессор Российского университета дружбы народов имени Патриса Лумумбы, заведующий лабораторией сонохимии Института технической акустики Национальной академии наук Беларуси Андрей Критченков.
Сотрудники МТЦ СО РАН у ЯМР-спектрометра с переключением магнитного поля. Слева направо: Алексей Кирютин, Александра Юрковская, Данил Маркелов
Предложенный метод может быть применен для анализа сложных смесей селенорганических соединений даже при очень низких концентрациях, отметил ведущий научный сотрудник Объединенного института химических исследований РУДН Александр Цховребов.
— Благодаря столь значительному усилению сигнала новый метод существенно расширяет возможности ЯМР-спектроскопии в исследовании соединений селена, — подчеркнул он.
Селен-77 особенно ценен в тех областях, где необходима высокая точность и безопасность: он не радиоактивен, но при этом дает четкий сигнал в ЯМР, что делает его идеальным инструментом для разработки средств персонализированной медицины и селеноорганических лекарств нового поколения, отметил молекулярный биолог, научный сотрудник факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова Сергей Харитонов.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of the American Chemical Society.
