Новое открытие из России повысит эффективность лечения рака: подробности
Российские ученые разработали методику контроля объемной структуры молекул лекарственных препаратов с помощью помещения их в так называемые сверхкритические среды, которые совмещают свойства жидкости и газа.
Исследование провели специалисты Института химии растворов имени Крестова РАН. Они использовали сверхкритическую углекислоту (CO2) для изучения параметров противоопухолевого средства бикалутамида. Выяснилось, что в экстремальной среде пропорция его «открытых» и «закрытых» молекул зависит от температуры и давления. Это имеет ключевое значение в плане достижения максимальной эффективности терапии и стабильности лекарственного препарата. Отчет об экспериментах опубликован в издании Journal of Molecular Liquids.
Большинство сложных органических веществ допускает изомерию — различное молекулярное строение при одинаковой химической формуле. Физико-химические свойства изомеров могут существенно отличаться. В контексте эффективности и безопасности лекарственных препаратов это особенно важно.
Бикалутамид — препарат для терапии рака простаты. Он имеет несколько изомеров, которые подразделяются на две базовые группы. Открытые молекулы бикалутамида обладают вытянутой линейной структурой. Закрытая молекулярная форма напоминает полукольцо.
Открытые формы препарата более стабильны, однако у закрытых есть другой плюс — они лучше растворяются в воде. Во время синтеза препарата важно контролировать соотношение открытых и закрытых молекулярных форм.
Лучшим инструментом настройки свойств соединений с сочетанием разных молекулярных форм являются так называемые сверхкритические флюиды. Одним из них является сверхкритический углекислый газ. Он способен растворять твердые вещества как жидкость и одновременно проникать в пористые субстанции как газ. Манипулируя температурой и давлением, можно изменять сольвентную способность сверхкритического газа и его физические свойства, в том числе плотность. Но до сих пор никто не изучал механизм влияния сверхкритических флюидов на конформации сложных органических молекул, таких как молекулы бикалутамида.
Во время нового исследования бикалутамид был помещен в сверхкритический углекислый газ. Ученые изучили поведение молекул лекарственного препарата при различных давлениях и температурах.
Сверхкритический углекислый газ был получен в специально разработанной оригинальной установке. Газообразная углекислота подавалась в пресс с ручным приводом, где сжималась и превращалась в жидкость. Она переправлялась в сапфировую ячейку, в которой ученые заранее разместили определенное количество кристаллического бикалутамида. Монокристалл сапфира нагревали до температуры +31,1°C, при которой жидкая углекислота приобретает свойства сверхкритического флюида. После этого ученые варьировали параметры температуры от +45°C до +55°С и параметры давления от 90 до 125 атмосфер. Через сутки экспериментов было измерено содержание разных изомеров бикалутамида в экспериментальных смесях.
Выяснилось, что при минимальной температуре и давлении (+45°С и 90 атмосфер) в смеси преобладали закрытые молекулы — их было 80,1%. При максимальных температуре и давлении доля открытых молекул возросла до 37,3%, а доля закрытых соответственно снизилась до 62,7%. Исследователи объяснили это разрушением межмолекулярных и межатомных связей при воздействии сверхкритического флюида. Полная деструкция молекул не наступает, но более сложная форма превращается в более простую.
По словам Константина Белова полученные результаты показывают, что сверхкритический углекислый газ выступает не только как сольвент, но и как ключевой инструмент управления конформацией молекул. Понимая поведение биологически активных веществ в сверхкритической среде при определенных физических условиях, можно синтезировать более эффективные и стабильные формы лекарств. Это оптимизирует параметры синтеза, сокращает объем побочных продуктов и повышает качество препаратов.
Руководитель проекта, доктор физико-математических наук Илья Ходов заявил, что команда продолжит изучать новый подход на более широком спектре лекарственных препаратов с изомерической молекулярной структурой. Это позволит детально изучить связь их структурных свойств в зависимости с изменениями параметров среды. В итоге, это должно помочь выработке универсальных алгоритмов для синтеза препаратов с желаемыми физико-химическими и фармацевтическими характеристиками.
Ранее мы рассказли о том, что в России научились автоматически анализировать здоровье сердца.
