Ученые из РХТУ имени Д.И. Менделеева совместно с коллегами из Института биологии гена РАН, Института общей физики РАН, а также с исследователями из Технического университета Кемница и Университета Эрлангена-Нюрнберга (Германия) сделали значимый шаг в медицинской диагностике. Они создали новые соединения, которые позволяют четко выявлять участки накопления ионов кальция в разнообразных структурах организма: от отдельных растворов до сложных биологических тканей и даже внутри живых клеток. Эта разработка обещает широкие возможности для диагностики и лечения заболеваний, связанных с нарушениями обмена кальция, а также значительно повышает точность диагностики новообразований, сопровождающихся патологическими процессами кальцификации.
Международная коллаборация для современной медицины
Успех исследования стал возможен благодаря объединению экспертных знаний, технологических ресурсов и междисциплинарного опыта специалистов из разных стран. Кафедра химии и технологии биомедицинских препаратов РХТУ имени Д.И. Менделеева выступила инициатором работы, а поддержку оказал Российский научный фонд. В проекте участвовали ведущие российские научные центры и два крупных университета Германии, что позволило реализовать тщательный цикл исследований: от молекулярного синтеза до экспериментов на клеточных моделях.
Как работают новые химические маркеры кальция?
В основе синтеза лежит молекула с двумя ключевыми функциональными группами: бисфосфонатная часть и нафталимидное звено. Бисфосфонаты известны своей способностью эффективно связывать ионы кальция благодаря уникальной пространственной структуре. Нафталимид же отвечает за яркую флуоресценцию, которая возникает под воздействием лазерного света. Эта комбинация делает новые соединения незаменимыми инструментами для поиска кальция в биологических материалах.
То, что ранее бисфосфонаты с флуоресцирующими нафталимидными метками не были реализованы на данной оптической платформе, подчеркивает инновационность изобретения. Теперь химики могут создавать препараты, которые "видят" места скопления кальция и сообщают об этом в виде уникального светового сигнала.
Применение в диагностике и терапии: современные перспективы
Высокая селективность новых реагентов позволяет использовать их для выявления участков избыточной кальцификации — характерного признака различных патологических изменений, включая опухоли и хронические болезни костей, сосудов, почек. Применение оптической (флуоресцентной) микроскопии обеспечивает максимальную безопасность для пациентов, так как новые маркеры не требуют использования радиоактивных веществ и отлично подходят для повторных исследований.
С 1980-х годов бисфосфонаты активно применяются в терапии заболеваний костной ткани. Инновационный подход, реализованный учеными, открывает перспективы и в неинвазивной диагностике: благодаря способности подсвечивать кальций на разных этапах патологического процесса, врачи смогут раньше замечать изменения и своевременно реагировать на них средствами терапии.
От лабораторных экспериментов — к новым медицинским технологиям
Чтобы подтвердить свои предположения, исследователи провели серию сложных экспериментов. Они протестировали новые соединения не только в растворах, имитирующих физиологические условия, но и на живых клеточных культурах. Так, в экспериментах с фибробластами человека оказалось, что молекулы легко проникают сквозь клеточные мембраны, не повреждая клетки, и надежно связывают кальций внутри, что делает их очень перспективными для дальнейших биомедицинских исследований.
Важно и то, что бисфосфонаты не проникают в ядра клеток, что существенно снижает токсичность новых соединений. При обработке смесей, содержащих гидроксиапатит (основной минеральный компонент костей), флуоресцентные бисфосфонаты успешно фиксировались на поверхности минерала — это открывает необычайные возможности для визуализации структуры и состояния костных тканей на фоне мягких тканей.
Прогресс в неинвазивной визуализации и планы на будущее
Максим Ощепков, доцент РХТУ и руководитель проекта, отмечает: «Мы создали молекулу, которая целенаправленно находит места патологических изменений в мягких и костных тканях, избирательно связывается с кальцием и подает четкий флуоресцентный сигнал. Такой маркер можно быстро и точно "увидеть", что особенно важно для ранней диагностики».
Сергей Ткаченко, еще один ведущий участник исследования, подчеркивает ключевую, но сложную роль кальция в биохимии многоклеточных организмов, указав на ее значимость для передачи сигналов и поддержания клеточного гомеостаза. Обычные методы плохо позволяют отслеживать динамику кальция без разрушения тканей — в этом контексте новые маркеры представляют собой незаменимый инструмент для ученых и врачей.
Спектр использования открытий — от фундаментальных исследований до клинической практики. Исследователи уже доказали устойчивость флуоресценции новых соединений при различных значениях pH и в биологических жидкостях, а также подтвердили надежное связывание с кальцием даже в изменяющихся условиях.
Взгляд в будущее: новые горизонты для диагностики и терапии
Следующим шагом команды РХТУ и зарубежных партнеров станет модификация созданных соединений таким образом, чтобы флуоресценция происходила не только в видимой, но и в инфракрасной области спектра. Это позволит добиться еще большей глубины проникновения сигнала через биологические ткани и повысит эффективность неинвазивной диагностики у пациентов различных возрастных групп и с разными заболеваниями.
Возможности, открывающиеся благодаря разработке, оптимистично оцениваются как в научном, так и в медицинском сообществе. Новые флуоресцентные маркеры не только обеспечат визуализацию накопления кальция в режиме реального времени, но и послужат платформой для создания индивидуальных терапевтических средств, адаптированных к конкретным случаям заболеваний.
Соединение науки и практики: вклад российских и немецких ученых
Успех этого исследования — наглядный пример того, как международное сотрудничество и поддержка научных фондов превращают фундаментальные открытия в практические решения. Благодаря объединению сил РХТУ имени Д.И. Менделеева, ведущих институтов Российской академии наук, Технического университета Кемница и Университета Эрлангена-Нюрнберга наука получила эффективный инструмент для борьбы с тяжелыми заболеваниями и эффективного мониторинга состояния здоровья.
Открытие открывает дорогу к созданию новых методик ранней диагностики и лучшего понимания процессов кальцификации в организме — от молекулярного уровня до целых тканей. Это однозначно значимый шаг вперед на пути к персонализированной медицине будущего, где здоровье человека стоит в центре внимания инноваций.
Иллюстрация: Культура фибробластов человека, обработанная синтезированным соединением/© РХТУ
Источник: scientificrussia.ru
