В КФУ создали самособирающиеся в воде макромолекулы для медицины и катализа
Новые вещества, которые можно использовать для адресной доставки лекарств, в качестве наноконтейнеров для сжатия и хранения ДНК, а также для увеличения срока службы катализаторов органических реакций, синтезировали специалисты НИЛ полимерных композитных материалов и НИЛ исследования органических соединений Химического института им. А. М. Бутлерова Казанского федерального университета (КФУ), 24 октября сообщает пресс-служба вуза.
Молекулы синтезированных веществ — амфифильные дендримеры на основе каликсареновой платформы, обладают способностью к самоорганизации в водных растворах.
Исследования проводятся в рамках проекта «Имидазолиевые Янус-подобные дендримеры c макроциклическим ядром: каталитические системы многократного использования в „колбе“ и в проточном режиме для зеленой химии», руководителем которого является профессор кафедры органической и медицинской химии Игорь Антипин.
Один из участников исследования, профессор кафедры органической и медицинской химии Химического института им. А. М. Бутлерова КФУ, доктор химических наук Владимир Бурилов пояснил:
«Амфифильные дендримеры привлекают внимание ученых в связи с тем, что такие молекулы, в дополнение к присущей дендримерам разветвленной древоподобной структуре, обладают способностью к самоорганизации в водных растворах с образованием различных наноструктур — от обычных мицелл до липосомоподобных дендримерсом».
Мицеллами называются агрегаты поверхностно-активных веществ (ПАВ) в коллоидном растворе, состоящие из большого количества амфифильных молекул, то есть обладающих одновременно лиофильными (в частности, гидрофильными) и лиофобными (гидрофобными) свойствами. Дендримерсомы — везикулы (пузырьки) на основе дендримеров.
Для синтеза этих структур ученые КФУ применили оригинальный подход — использовали в качестве платформы для создания амфифильных дендримеров макроциклические молекулы калликсарены (соединения, молекулы которых имеют форму чаши), что, по словам ученого, позволило синтезировать гиперразветвленные макромолекулы с правильной конфигурацией в пространстве.
«Наши соединения, синтезированные с помощью методов клик-химии, в воде самособираются, образуя структурированные наносистемы, похожие на очень пористые шарики, которые могут выполнять роль наноконтейнеров и использоваться для адресной доставки лекарств в организме человека, сжатия и хранения ДНК. Кроме того, такие наносистемы могут применяться в катализе органических реакций», — подчеркнул Владимир Бурилов.
Научной группой было синтезировано две разновидности амфифильных дендримеров: на основе тиакаликс[4]аренов, содержащих на поверхности положительно заряженные имидазолиевые группы, и на основе каликс[4]аренов 1-го и 2-го поколения, то есть обладающих одной или двумя точками разветвления. «Такие дендримеры имеют на поверхности полярные гидроксильные и оксиэтильные группы», — уточнил профессор.
Ученые КФУ исследовали возможность использования полученных ими амфифильных дендримеров как стабилизаторов наночастиц палладия, широко используемых практически во всех каталитических реакциях.
«Со временем частицы палладия слипаются, и он теряет свою каталитическую активность. Такой палладий называют „палладиевая чернь“, — рассказал Владимир Бурилов. — Когда мы используем дендримеры, наночастицы палладия очень равномерно распределяются по „веточкам“ дендримеров, и не происходит их слипания, а значит, катализатор будет сохранять свою активность дольше, причем его можно использовать даже в воде».
Резюмируя свой рассказ, ученый подчеркнул, что созданные в КФУ амфифильные дендримеры могут найти применение в качестве эффективной органической матрицы для конструирования каталитически активных гибридных материалов, а также в создании средств доставки гидрофобных лекарственных препаратов или невирусных векторов в биотехнологии.
Результаты исследования ученые представили в статье журнала Королевского химического общества Soft Matter «Многофункциональные имидазолиевые дендримеры на основе тиакаликс[4]аренов: самосборка, катализ и связывание с ДНК» (Multi-functional imidazolium dendrimers based on thiacalix[4]arenes: self-assembly, catalysis and DNA binding) и в статье New Journal of Chemistry «Дендримеры CuAAC на основе эпихлоргидрина с каликс[4]ареновым ядром и полярными гидроксильными/оксиэтиловыми концевыми группами: синтез, агрегация и применение в катализе» (Epichlorohydrin-based CuAAC dendrimers with a calix[4]arene core and polar hydroxyl/oxyethyl terminal groups: synthesis, aggregation and use in catalysis).
