ИХР РАН / ISC RAS

🧪 Конъюгаты в молекулярной сенсорике

Ученые Института химии растворов получили результаты по ряду направлений исследований. В чем суть научных открытий – в Телеграм-рубрике «ИХР РАН: обзор итогов».

Сегодня мы расскажем о новых двухканальных флуоресцентных красителях на основе конъюгатов.

Конъюгацией BODIPY и
цианинов наши ученые получили новые двухканальные флуоресцентные красители BODIPY-цианин, одновременно поглощающие и испускающие свет в зеленой и БИК областях спектра. С использованием стационарной и времяразрешенной спектроскопии,квантово-химического моделирования были исследованы особенности спектральных свойств конъюгатов BODIPY–цианин и продемонстрированы широкие перспективы ихприменения для визуализации клеток и нужд конфокальной флуоресцентной
микроскопии. Кроме того, конъюгат BODIPY–цианин показал высокую антибактериальную активность.

🧪 Сенсор тяжелых металлов

Ученые Института химии растворов получили результаты по ряду
направлений исследований. В чем суть научных открытий – в Телеграм-рубрике «ИХР РАН: обзор итогов».

Сегодня мы расскажем о многофункциональном сенсоре ионов
тяжелых металлов.
Задача разработки мультифункциональных хромофорно-флуоресцентных сенсоров ионов нескольких тяжелых металлов является
приоритетной для экологического мониторинга всех компонентов экосистемы.

Научные сотрудники получили новый сенсор на основе дипиррометена и его комплексов для хромофорного
обнаружения ионов кобальта, никеля, меди, цинка, кадмия, ртути и флуоресцентного обнаружения ионов цинка и кадмия в органических и водных средах. Разработаны
тест-системы в виде целлюлозных таблеток, допированных дипиррометеновым красителем, и показана их высокая эффективность.

🧪 BODIPY люминофоры для флуоресцентной диагностики

Ученые Института химии растворов получили результаты по ряду направлений исследований. В чем суть научных открытий – в Телеграм-рубрике «ИХР РАН: обзор итогов».

Сегодня
мы расскажем о новой биодоступной водорастворимой мицеллярной форме
BODIPY люминофоров – BODIPY@Pluronic. Работу по этому направлению ведут в
лаборатории
«Химия и молекулярная фотоника дипиррометеновых красителей и люминофоров».

Новая водорастворимая форма высокоэффективных гидрофобных бор(III)дипиррометеновых (BODIPY)
люминофоров
получена с целью разработки биовизуализаторов для маркировки и анализа
клеток, внутриклеточных структур, биомолекул. Проведено их
инкапсулирование в мицеллы амфифильного блок-сополимера Pluronic® F127.
Мицеллярнаяформа BODIPY@Pluronic получена в твердом виде, стабильна во времени, хорошо
растворима
в водных средах различного состава (буферные и физиологические
растворы), устойчива в широком диапазоне рН. Водные мицеллярные
суспензии на ее основе сохраняют превосходные спектральные свойства в
ближней к ИК-области спектра. Доказано отсутствие цитотоксичности,
эритотоксичности, показано, что она не вызывает ADP-индуцированную
агрегацию тромбоцитов и, проникая в клетки,локализуется в цитоплазме
мембраны.

Разработки ученых будут применены в медицине.
Полученные водорастворимые соединения рекомендованы для дальнейших
исследований по применению в качестве биомаркеров для
диагностики различных заболеваний.

🧪 Новый тренд в экологии

Сотрудники лаборатории «Химия гибридных наноматериалов и супрамолекулярных сиcтем»
Института химии растворов занимаются разработкой соединений, которые можно использовать в самых различных областях
промышленности - от микроэлектроники до систем очистки сточных вод.

«В одной из работ мы исследуем фотокаталитическую активность композиционных материалов на основе титаната бария с оксидами железа – гематита и магнетита. Такие
материалы обладают одновременно сегнетоэлектрическими и магнитными свойствами»,- отмечает научный сотрудник, ученый секретарь Института Константин Викторович
Иванов.

При наложении магнитного поля определенным образом меняется структура соединения, что открывает широкие возможности применения в
микроэлектронике.

С другой стороны,интерес вызывают исследования фотокаталитической активности таких соединений.
Прежде всего, это обусловлено тем, что применяемые на сегодняшний день методы удаления загрязняющих веществ в
воздушной и водной среде являются фильтрация и адсорбция. Такие методы требуют очистки, а затем, по мере износа, - замены и утилизации материалов. В свою очередь, разложение загрязняющих
веществ может устранить ряд указанных требований.

Наиболее часто используемыми методами уничтожения патогенов являются обработка ультрафиолетом и дезинфекция озоном, но они оказывают негативное воздействие на здоровье человека. Таким образом, существует необходимость в разработке эффективного, безопасного и недорогого метода для разложения как
можно более широкого спектра загрязнителей, как в воздушной, так и водной среде. Фотокатализ является одним из наиболее многообещающих методов. Фотокаталитически
активные материалы можно использовать при создании систем для борьбы с загрязнением окружающей среды сточными водами и отходящими газами вследствие
деятельности промышленных предприятий. Под действием источника света они способны разлагать органические красители, как в водной, так и воздушной средах (стоит заметить, что не только под действием ультрафиолетового, но видимого источника света). Таким образом, работа ученых может найти применение и в экологии.

Исследуя фотокаталитическую активность композиционных материалов под действием источника света и наложении магнитного поля, ученые выявили ряд закономерностей. С результатами исследования можно ознакомиться, перейдя по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.05.232.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерство науки и высшего образования Российской Федерации.

Механизм связывания порфиринов с ДНК позволит разработать эффективные противораковые и антибактериальные препараты

Ученые Института химии растворов установили, что порфирины несимметричного строения могут как встраиваться в ДНК, так и связываться с ней сбоку. Контактируя с ДНК, они выделяют активные формы кислорода, способствующие ее разрушению. Полученные данные позволят разработать лекарственные препараты, эффективно связывающие и разрушающие ДНК раковых клеток.

«В рамках исследования мы показали, что несимметричные порфирины могут образовывать необычные комплексы с ДНК, что открывает новые перспективы к повышению избирательности взаимодействия между этими молекулами. Полученные нами данные потенциально могут использоваться при
создании не только противоопухолевых лекарств, но и при разработке специфичных противовирусных и антибактериальных препаратов. В дальнейшем мы планируем получить модифицированные порфирины для целенаправленного связывания с конкретными участками ДНК», — рассказывает Наталья Лебедева, доктор химических наук, заведующая лабораторией «Физическая химия супрамолекулярных систем на основе макроциклических соединений и полимеров».

Ознакомиться с
результатами исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, можно по ссылке: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167732225005549?via%3Dihub.

Открытие сотрудников ИХР РАН позволит увеличить длительность эффекта лекарств от
псориаза

Исследователи из лаборатории «Химия олигосахаридов и функциональных материалов на их основе» ИХР РАН представили перспективное решение для лечения псориаза и ревматоидного артрита — двух широко распространенных заболеваний, которые требуют длительной
терапии. В своей работе, опубликованной в журнале Journal of Molecular Liquids,ученые предложили новую лекарственную форму метотрексата — препарата, который традиционно применяется в виде таблеток и инъекций.

Метотрексат — эффективное,но достаточно токсичное лекарство, использование которого часто сопровождается
серьезными побочными эффектами. Чтобы минимизировать негативные последствия исоздать удобную для пациентов форму препарата, отсутствующую на отечественном
рынке, сотрудники Института разработали гель с метотрексатом, который инкапсулирован в циклодекстрин — природное соединение, способное улучшить
свойства лекарственного средства.

На первом этапе исследования ученые включили в состав геля с метотрексатом природный циклодекстрин, что
значительно повысило способность активного вещества переходить в растворенное состояние в физиологических средах. На втором этапе был применен
модифицированный аналог циклодекстрина, отличающийся лучшей способностью регулировать свойства геля. Этот подход стал ключевым для управления
физико-механическими и физико-химическими характеристиками разрабатываемой лекарственной формы.

«Мы установили, что
содержание модифицированного циклодекстрина позволяет регулировать такие параметры, как вязкость, растворимость и скорость высвобождения активного вещества, — объясняет заведующая лабораторией, доктор химических наук Ирина Владимировна Терехова. — Это особенно важно, поскольку контроль над скоростью высвобождения напрямую влияет на длительность терапевтического эффекта и эффективность действия препарата».

Предлагаемый гель
открывает новые горизонты в лечении псориаза и ревматоидного артрита, делая терапию более эффективной и комфортной для пациентов. Исследователи планируют
продолжить работу над совершенствованием технологии и проведением клинических испытаний, чтобы вывести препарат на рынок.

С работой можно ознакомиться, перейдя по ссылке:
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2025.127407

🧪 Открытие ученых ИХР РАН поможет создать антибактериальные средства с минимумом побочных эффектов

Ученые научно-исследовательского
отдела «Тетрапиррольные макрогетероциклические соединения - взаимосвязь физико-химических и прикладных свойств» Института химии растворов совместно с коллегами из Ивановского государственного медицинского университета разработали новый бифункциональный фотосенсибилизатор (водорастворимый комплекс порфирината
олова с красителем Бенгальская Роза, триада), который одновременно генерирует кислород с высокой энергией и демонстрирует высокую
чувствительность флуоресценции, как к кислотности, так и к вязкости среды.

Установлено, что разработанная триада при возбуждении светом определенной длины волны проявляет частичный перенос
энергии от красителя к порфиринату. Соединение проявляет фотодинамическуюантибактериальную активность в отношении бактерий различной природы, при этом наиболее сильный эффект наблюдается в отношении грамположительных бактерий. Во всех случаях ее антибактериальная активность выше, чем у ее отдельных молекулярных фрагментов.

Также были исследованы процессы свободно-радикальной деградации мембран клеток крови в присутствии триады и ее цитотоксичность. Показано, что при инкубации крови в присутствии фотосенсибилизатора значительные изменения концентрации эритроцитов, уровня гемоглобина,
поверхностной цитоархитектуры, а также окислительный стресс и снижение антиоксидантной защиты наблюдаются только при высоких концентрациях вещества.
Полученные результаты могут быть использованы для разработки обладающих минимумом побочных эффектов новых антибактериальных средств с повышенной
биологической активностью.

С результатами исследования можно ознакомиться, перейдя по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2025.142147.

Открытие ученых поможет создать лекарства нового поколения

Сотрудники лаборатории «Физическая химия супрамолекулярных систем на основе макроциклических соединений и
полимеров» Института химии растворов активно изучают свойства супрамолекулярныхи биомиметических систем на основе макрогетероциклических соединений.

Одним из аспектов
данной работы является изучение влияния природы порфириновых соединений наинтеркаляцию между азотистыми основаниями ДНК, что позволит решить проблему
низкой селективности известных интеркаляторов.

Изменения вызываемые в структуре ДНК при интеркаляции порфиринов, а также способность порфиринов генерировать
активные формы кислорода под действием света, позволяет использовать порфириныне только как цитостатики, влияющие на рост и деление клеток, но и как
фотосенсибилизаторы.

Новаторский подход для повышения селективностивзаимодействия интеркалятов с ДНК рассмотрен в статье, которая опубликована в
журнале «International Journal of Biological Macromolecules».

«В научной статье был предложен новый катионный порфирин, модифицированный остатком азотистого
основания ДНК – аденином. Введение несимметричного заместителя в молекулупорфирина, способного к образованию пи-пи и Н-связей с «вывернутым» основанием
может обеспечить стабильность и необратимость нарушения стекинга. Было доказано, что синтезированный порфирин образует комплексы с нуклеиновыми
кислотами, интрекалируя не только в области, обогащенные GC парами, но испособен интеркалировать в AT-регионы. Таким образом, в процессе работы удалось
получить объемный порфирин, способный к встраиванию в АТ-области и вызывающийсущественные нарушения в конформации нуклеиновой кислоты», - отмечает
заведующая лабораторией Наталья Лебедева.

С прикладной точки зрения полученные результаты могут стать основой для создания
новых препаратов для лечения онкологических, вирусных заболеваний ибактериальных инфекций. Причем в отличие от известных интеркаляторов, которые только
ингибируют процессы репликации и транскрипции ДНК, порфириновые интеркаляторы прифотооблучении будут вызывать необратимое повреждение ДНК. Последний аспект
чрезвычайно важен в практическом плане в свете ежегодно возрастающей антибиотикорезистентности.

Данные исследования по
повышению селективности связывания порфиринов с нуклеиновыми кислотами поддержаныгрантом Российского научного фонда.

С исследованием можно
ознакомиться, перейдя по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.139411

🧪 Ученые ИХР РАН в 300 раз увеличили растворимость веществ, используемых для лечения рака

В лаборатории «Новые материалы на основе макроциклических соединений»
изучают процессы солюбилизации практически нерастворимых в воде изомерных карбокси-замещенных тетрафенилпорфиринов мицеллами катионных поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Исследованию с целью повышения их растворимости посвящена статья, которая публикована в высокорейтинговом журнале
«Journal of Molecular Liquids».

В статье обсуждается влияние различных структурных параметров на эффективность процесса
солюбилизации, в частности, природы полярной группы ПАВ, длины углеводородного хвоста, а также положения функциональной группы в фенильных фрагментах макроцикла. Определены
места локализации изомеров порфиринов в мицеллах катионных ПАВ. Показано, что солюбилизация изученных порфиринов приводит к снижению критической концентрации
мицеллообразования и увеличению гидродинамического радиуса мицелл на 12–30%.

Рассчитанная солюбилизационная емкость исследованных мицелл составляет от 1 до 18
макроциклов на 10 мицелл.

Полученные результаты могут быть использованы для разработки терапевтических препаратов с повышенной
растворимостью и биодоступностью, например, фотосенсибилизаторов для фотодинамическойтерапии или антимикробной фотодинамической терапии локализованных инфекций.

Фотодинамическая
терапия – нехирургический метод лечения рака и предраковых состояний. Во время лечения светочувствительные вещества
(фотосенсибилизаторы) вводятся в организм и аккумулируются в патологически измененных тканях. После активации этих веществ светом (излучением лазера) определённой длины волны происходит генерация активных форм кислорода, которые повреждают клетки, содержащие фотосенсибилизатор. Для эффективности терапии
растворимость светочувствительных веществ очень важна. Благодаря исследованию ученых ее удалось увеличить в 300 раз.

Результаты
исследования опубликованы в работе: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2025.127124