"Винтовая лестница" из ИТМО поможет в создании особо эффективных лекарств

Российские учёные из Университета ИТМО предложили новый способ отбора нужных молекул при синтезе эффективных лекарств. Он основан на использовании наноразмерных суперкристаллов, и уже в ближайшее время исследователи из других стран надеются использовать его в своей практике. Соответствующая статья опубликована в журнале Scientific Reports.

Одним из основных процессов в производстве современных лекарств является разделение органических молекул — отделение нужных, входящих в состав лекарства, от ненужных "попутчиков". От скорости и качества этого процесса зависит и чистота (то есть безопасность) конечного продукта, и его стоимость. Чтобы начать процесс разделения, нужные молекулы в растворе надо вначале увидеть, а сделать это непросто. Сегодня для этих целей всё шире используют так называемые квантовые точки. Это крохотные фрагменты из полупроводников. Регулируя размер и форму квантовых точек, можно определять энергию испускаемого (или поглощаемого) ими фотона, а следовательно, и управлять цветом свечения. Всё вместе это делает квантовые точки хорошим инструментом для поиска искомых молекул-целей.

Учёные из Университета ИТМО под руководством Ивана Рухленко предложили усовершенствовать этот метод, применяя согласованные ансамбли, построенные на базе квантовых точек. Для этого они спроектировали активный наноразмерный суперкристалл. Он состоит из множества стержневидных квантовых точек, длина которых не превышает нескольких нанометров.

Важным свойством предложенного суперкристалла является его хиральность. Так обозначается свойство химических объектов быть несовместимыми со своим отображением в идеальном плоском зеркале. Проще всего это понять, посмотрев на свои руки (именно от древнегреческого слова "рука" и происходит сам термин): они являются зеркальным отражением друг друга, но если мы попробуем наложить их одну на другую, то совместить кисти не получится. Так и с суперкристаллами. По структуре они похожи на двойную спиралевидную винтовую лестницу. При этом одна из этих "нанолестниц", составленных из стержней — квантовых точек, закручена в одну сторону, а другая — в противоположную.

Из-за этого такой суперкристалл поглощает свет, как бы "закрученный" по спирали в одну сторону (с одной поляризацией, как говорят учёные), и не поглощает свет, "закрученный" в противоположную сторону. Это свойство чрезвычайно важно, потому что очень многие ключевые биомолекулы также являются хирально скрученными. Поэтому они лучше видны в свете с одним типом поляризации и незаметны, если их облучать излучением с другой поляризацией.

Идеальным помощником в поиске таких особо активных биомолекул были бы поляризационные фильтры. Однако такие устройства слишком габаритны и непрактичны для работы в фарминдустрии. Суперкристаллы Университета ИТМО, напротив, удобны для таких целей, при этом их возможности выше, чем у простых квантовых точек, которые пытались применять в фармакологических исследованиях ранее.

Как отмечает Иван Рухленко, квантовые точки способны проявлять коллективные свойства. Так, при распознавании хиральных лекарственных молекул они могут собираться в спирали вокруг них и в сотни раз усиливать способность молекул поглощать свет. Это позволит намного увеличить точность, с которой молекулы можно обнаруживать в растворе.

Опираясь на результаты российских учёных, их коллеги из Дрезденского технического университета (Германия) планируют в скором времени синтезировать спроектированный нанокристалл с помощью так называемой ДНК-оригами. Это значит, что сборка винтовой структуры будет происходить с привлечением молекул ДНК, техника манипулирования которыми в последние годы достигла больших успехов. Иван Рухленко полагает, что экспериментальное изучение суперкристаллов должно подтвердить их теоретически предсказанные свойства.