Тонкий настрой. Студентка ОмГТУ разработала новый способ получения веществ для клеточных красителей

Диагностировать патологии, оценить эффективность лекарственных препаратов, разработать новые методы лечения. В этом учёным и врачам помогают клеточные красители. Существующие несовершенны. Многие токсичны и плохо устойчивы к внешним факторам.

Студентка из ОмГТУ Анна Самсоненко разработала новый способ синтеза – экологичный, безопасный для живых систем и экономически выгодный в производстве.

Как пришла инновационная идея, какое вещество легло в основу метода и в чём его уникальность? «Трамплин» узнал все подробности.

Химией Анна увлеклась ещё в 7 классе. Девушка уверяет: в этом заслуга учителя – Кравченко Марины Викторовны из 1-й гимназии, что находится в Таре. Преподаватель вдохновила своими уроками и на деле показала, насколько увлекателен мир химии. Он захватил школьницу настолько, что она решила связать свою жизнь с наукой.

Анна поступила в ОмГУ им. Достоевского на химический факультет. Окончила бакалавриат и магистратуру с отличием. В 2020 году участвовала в международной программе обмена Erasmus+. Так попала в Силезский технологический университет в Польше, где обучалась семестр.

«В 2021 году я продолжила своё образование, поступив одновременно в аспирантуру ОмГТУ и того же университета в Польше, обучаясь по программе двойной аспирантуры. Была в списке под третьим номером в общем числе поступивших в докторскую школу в Польше. Получила там две престижные стипендии во время обучения и небольшой грант. В Польше я училась до мая 2024 года, после чего была отчислена. Польша перестала сотрудничать с Россией», – рассказала Анна Самсоненко.

Анна вернулась в Омск и посвятила себя науке. Область выбрала сложную, но захватывающую. Девушка решила разработать новый способ получения веществ для клеточных красителей – устранить недостатки тех, что уже были изобретены.

«Наиболее распространённые проблемы уже созданных красителей заключаются в их токсичности, низкой устойчивости к внешним факторам и сложности синтеза. Кроме того, многие из них зависят от дорогостоящих и импортируемых реагентов, что затрудняет их использование в массовых и доступных приложениях. Моя цель – создать вещества, которые будут экологичными, безопасными для живых систем и экономически эффективными в производстве. Новый метод получения таких соединений ориентирован на упрощение технологии синтеза, снижение токсичности и обеспечение стабильности красителей при взаимодействии с биологическими объектами».

Сила цвета

Клеточные красители широко используют в медицине и науке. Они окрашивают клетки и отдельные компоненты – ядро, мембраны, митохондрии или цитоплазму. Краситель избирательно подсвечивает определённые структуры клетки. Это помогает визуализировать нужные элементы для дальнейшего анализа.

«Эти красители широко применяются в биологии, медицине и биотехнологиях. Они используются для диагностики, помогая выявлять патологические изменения в клетках, например, при онкологических заболеваниях. Также они являются незаменимым инструментом в научных исследованиях, где помогают изучать структуру, функции и жизнедеятельность клеток.

В лабораторной практике клеточные красители позволяют визуализировать клеточные компоненты с использованием флуоресцентной микроскопии. Кроме того, они активно применяются при скрининге лекарственных препаратов, помогая оценивать влияние различных веществ на клетки, что особенно важно при разработке новых методов лечения».

Созданные ранее красители доказали свою эффективность. Однако далеко не все безопасны в использовании. Их компоненты токсичны.

«Например, некоторые красители содержат тяжёлые металлы, такие как кадмий, который используется для усиления люминесценции, но токсичен даже в малых концентрациях, вызывая повреждения клеток и генотоксичность.

Красители на основе акридиновых соединений, таких как акридиновый оранжевый, могут вступать в реакции с ДНК, повреждая её структуру. Плохая биосовместимость некоторых красителей вызывает воспалительные или аллергические реакции, а полимерные частицы могут накапливаться в тканях, приводя к их повреждению».

Экологичное ноу-хау

Красители можно улучшить – сделать более эффективными и безопасными, считает Анна Самсоненко. Повысить стабильность, универсальность, уменьшить влияние на живые системы способен новый метод синтеза. Его и разработала студентка ОмГТУ.

«Предложенный метод синтеза веществ основан на получении производных пирролов. Это соединения, которые входят в состав многих биомолекул в живых организмах, таких как гемоглобин, хлорофилл и витамин B12. Эти вещества обладают свойствами, которые позволяют легко модифицировать их структуру для создания соединений с новыми функциональными характеристиками».

Производные пиррола – строительные блоки для новых клеточных красителей. Принцип синтеза – от простых и доступных структур к более сложным соединениям. Дорогие токсичные реагенты и редкие металлы не используются. Это делает процесс более экологичным, безопасным и экономически выгодным, поясняет студентка.

«Наш метод позволяет точно получать вещества с определёнными функциональными группами в нужных местах пиррольного ядра. Ранее такие соединения было очень сложно синтезировать из-за ограничений существующих методов. Благодаря этому подходу мы можем создавать уникальные строительные блоки для будущих красителей, которые обладают необходимыми свойствами для применения в биологии и медицине».

Лучший и нужный

Метод синтеза структурных блоков разработан. Следующий этап – создание красителей. Необходимо модифицировать полученные соединения, чтобы улучшить их свойства. После учёные намерены подробно изучать их характеристики: оптические и биологические.

«На завершающем этапе планируется проведение лабораторных испытаний новых красителей, чтобы подтвердить их эффективность и безопасность.

Перспективы разработки включают создание инновационных красителей, которые будут более устойчивыми, экологичными и универсальными для применения в биологии, медицине и диагностике».

Средства на дальнейшую работу есть. Разработку поддерживает Российский научный фонд. Расходы на необходимые реагенты, материалы для проведения синтеза, оборудование для лабораторных исследований и даже оплату сотрудников, которые участвуют в проекте, покрываются в нужном объёме.

«Мы планируем завершить работу по синтезу новых красителей к лету. После этого начнётся следующий этап. Хотим изучить характеристики и потенциал применения полученных веществ. Пока что мы не сотрудничаем с медицинскими учреждениями, сконцентрированы на завершении разработки».

Разработка студентки из ОмГТУ стала победителем федерального конкурса «Умник» в апреле этого года. Анна продолжает работать в проекте – создаёт новые красители, которые смогут применить для исследования биологических объектов.

Это новый шаг в развитии современных методов диагностики и биотехнологий, говорит молодой учёный. Принцип тот же, что и в получении веществ для клеточных красителей, только соединения иные.

Автор: Ксения Тоичкина

Фото: личный архив Анны Самсоненко