Молекулярное конструирование супрамолекулярных хемо- и биорецепторов на поверхности микро- или наночастиц является актуальной задачей современной химии.

Это обусловлено тем, что для решения многих задач необходимы искусственные рецепторы селективного связывания химических и биологических веществ, обеспечивающие создание высокочувствительных и быстродействующих методов определения «лиганд-рецепторного» взаимодействия.

Для этого рецепторы должны при комплексообразовании с лигандом изменять одно из свойств, измеряемое бесконтактным способом. Если, например, при комплексообразовании изменяются оптические характеристики рецептора (электронные спектры поглощения или люминесценции, колебательные спектры рецептора и т.д.), то комплексообразование может быть зарегистрировано практически «мгновенно».

В последние годы возникло несколько новых областей возможного применения таких рецепторов.

• Во-первых, в связи с разработкой неинвазивных методов контроля состояния здоровья человека по химическому составу выделений из организма в норме и в патологии;
• во-вторых, в связи с возрастанием потребности количественного контроля биоактивных соединений в клетке в норме и в патологии, в том числе в системах «организм на чипе». Именно такие искусственные рецепторы могут быть положены также в основу систем массового автоматизированного скрининга химических соединений при разработке лекарств.

В перечисленных сферах потенциального спроса на искусственные селективные рецепторы требуются рецепторы, обеспечивающие создание высокочувствительных и быстродействующих методов определения «лиганд-рецепторного» взаимодействия.

В ответ на указанные вызовы в литературе появилось много исследований по созданию синтетических рецепторов, локализованных на поверхности полимерных и силикатных частиц. Такие рецепторы представляют собой супрамолекулярную систему, способную связывать определяемое вещество (лиганд) и формирующую отклик по изменению своих спектральных характеристик. Чаще всего рецепторы изменяют свои флуоресцентные характеристики.

Успешно реализуется подход к созданию молекулярных хеморецепторов на основе флуоресцентных красителей (флуорофоров) и силикатных микро- и наночастиц.

В основе подхода лежит идея использования флуоресцентных красителей, иммобилизованных на поверхности силикатных частиц как рецепторов связывания детектируемых химических веществ.

В качестве рецепторов используются флуоресцирующие красители, содержащие в своей структуре группы, способные связывать одну из групп детектируемого химического вещества (лиганда). При связывании лиганда изменяется фотофлуоресценция молекул красителей (изменяется спектр, уменьшается или увеличивается интенсивность фотофлуоресценции).

Если такие красители иммобилизовать на частицах, то из частиц можно построить хемочувствительный материал. В таких материалах рецептор детектирует наличие в исследуемом веществе конкретной функциональной группы. Можно называть такие рецепторы с одним центром связывания одноцентровыми рецепторами.

Разработаны разнообразные флуоресцентные хемосенсорные рецепторы одноцентрового типа и образцы материалов на их основе для контроля альдегидов, кетонов, спиртов, простых ароматических молекул, алифатических и ароматических аминов.

Активно конструируются и многоцентровые рецепторы на основе кавитандов (циклодекстрины, кукурбитурилы, краунэфиры и т. д.). Полученные результаты показывают, что

такие многоцентровые флуоресцентные рецепторы имеют много достоинств, но вряд ли могут быть предложены как платформа для конструирования искусственных супрамолекулярных рецепторов широкого назначения.

По-видимому, более перспективным (и это видно из интереса, который проявляют исследования) является использование в качестве элемента хемо- и биорецептора пептидов белковых рецепторов. Известно, что способность к связыванию биоактивных соединений имеют не только природные «полноразмерные» мембранные рецепторы, но такая активность частично сохраняется у индивидуальных белковых субъединиц, их доменов и даже у отдельных пептидных фрагментов. Именно это и вдохновляет многих исследователей на создание супрамолекулярных рецепторов на основе элементов природных рецепторов.

Этот подход к созданию искусственных рецепторов носит в литературе название «редукционистский подход». На основе такого подхода можно надеяться создать рецептор, состоящий из пептидного рецептора, интегрированного с флуорофором и иммобилизованного на силикатных частицах. Такой искусственный рецептор будет обладать способностью к молекулярному узнаванию и формировать быстрый отклик при связывании с лигандом.

При успехе работ в этом направлении созданные искусственные мишени смогут существенно удешевить и ускорить процесс скрининга лекарственных веществ и позволят создать малогабаритные детекторы диагностики состояния здоровья человека.

Автор: главный редактор, академик РАН М.В. АЛФИМОВ.

Источник: журнал «Российские нанотехнологии» № 5–6 2013 год.