Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Университета химии и технологии Праги предложили новый экспресс-метод обнаружения в лекарствах энантиомеров — это так называемые «зеркальные» молекулы, которые очень похожи друг на друга, но у них могут быть совершенно разные биологические свойства. В лекарственных соединениях один энантиомер может приносить пользу, а второй — вред. Чтобы быстро и эффективно обнаружить энантиомеры в лекарствах, ученые предложили использовать сенсоры на основе золотых пластинок с модифицированной поверхностью, специально написанное мобильное приложение и портативный рамановский спектрометр. По словам исследователей, такой подход может стать альтернативой традиционной дорогостоящей хроматографии. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Sensors (IF: 5,711; Q1).
Энантиомеры — это молекулы с одинаковой формулой и физическими свойствами, но у них разные направления вращения поляризационного света, поэтому они являются как бы зеркальными отражениями друг друга. Именно это отличие наделяет их разным биологическим эффектом. Об опасности неисследованных энантиомеров в лекарствах заговорили в середине 20 века после «талидомидовой трагедии». Талидомид — популярное снотворное, которое прописывали беременным в странах Европы, Австралии и США. Как позже выяснилось, оно стало причиной врожденных пороков развития у детей, чьи матери принимали талидомид. Все дело было в энантиомерах. Один из них обеспечивал терапевтический эффект препарата, в то время как второй внедрялся в клеточную ДНК и препятствовал нормальному процессу репликации, необходимому для деления клеток и развития зародыша. «Талидомидовая трагедия» заставила многие страны пересмотреть существующую практику лицензирования лекарственных средств и ужесточить требования к лицензируемым препаратам.
«Препараты, выпускаемые сегодня рынок, должны быть энантиомерно чистыми, или нужно доказать, что все энантиомеры не несут вреда организму. И проблема их быстрого детектирования является очень важной. Сейчас энантиомеры определяются с использованием дорогостоящих хроматографических методов. Плюс, хроматография требует высокой квалификации человека, который работает с прибором. И мы достаточно давно озадачились вопросом: как сделать процедуру определения энантиомеров максимально экспрессной и в то же время чувствительной», — говорит аспирант Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ и Университета химии и технологии Праги Ольга Гусельникова.
Авторы статьи в качестве сенсоров для энантиомеров предложили использовать маленькие золотые пластинки — 1×2 см2. Поверхность этих пластинок волнообразная. На нее исследователи «привили» молекулы винной кислоты — это соединение само по себе является энантиомером. В экспериментах энантиомеры винной кислоты играли роль ловушек для энантиомеров другого соединения — коммерческого препарата «Леводопа», применяемого при болезни Паркинсона. Каждый энантиомер винной кислоты захватывал разные энантиомеры «Леводопа», что и позволяло их детектировать.
«На пластинку достаточно капнуть раствор вещества, которое хотим изучить. На поверхности образуется капля. Угол смачивания этой капли, то есть как сильно она расплывается по поверхности, нам может сказать, какое количество того или другого энантиомера данное соединение содержит. Наши коллеги из Университета химии и технологии Праги написали специальное мобильное приложение для смартфона, которое по фотографии анализирует угол смачиваемости. Чем более выпуклая капля, тем меньше в ней соответствующего энантиомера, а чем более плоская, тем наоборот больше», — поясняет исследователь.
На втором этапе, чтобы получить больше информации об энантиомерах, пластинку помещали в портативный рамановский спектрометр. С его помощью ученые получали информацию о спектрах молекул вещества и сравнивали их с библиотекой известных спектров.
«По сравнению с хроматографией такой метод гораздо более простой и экспрессный. Но самое главное — он очень чувствительный. Все благодаря золотым пластинкам. Особую чувствительность им придает их волнообразная форма, которая эффективно возбуждает поверхностный плазмон-поляритон (поверхностная электромагнитная волна — ред.). А он в свою очередь значительно усиливает сигнал от рамановского спектрометра. Например, для “Леводопа”, мы получили такую чувствительность до тысяч молекул», — говорит Ольга Гусельникова.
