Дендримеры
Помните ли вы, чем грозили ужасные, зловредные семена баобабов планете Маленького принца из сказки Антуана де Сент-Экзюпери? Один лентяй на своей планете не выполол вовремя всего три кустика баобабов и..., согласно сказке, из этих кустиков выросли огромные деревья, которые завладели всей планетой и разорвали ее. Дендримеры в химии не столь ужасны и даже полезны, хотя само слово дендример и происходит от греческого «dendron» — дерево!
Дендримеры относятся к классу полимерных соединений, молекулы которых имеют большое число разветвлений. При их получении с каждым элементарным актом присоединения мономера количество разветвлений увеличивается. В результате с увеличением молекулярной массы таких соединений изменяются форма и жесткость молекул, что, как правило, сопровождается изменением физико-химических свойств дендримеров, таких как характеристическая вязкость, растворимость, плотность и др.
Синтез дендримеров проводят таким образом, чтобы в процессе роста полимерной молекулы не было ни соединения растущих ветвей, ни объединения молекул друг с другом. Точно так же ветви одного дерева или кроны рядом стоящих деревьев не срастаются. «Строительство» таких молекул проводят по заранее намеченному плану, например используя реагирующие группы трех типов (А, Б и В), которые должны удовлетворять требованиям определенной логической схемы: каждая группа не может реагировать с себе подобной (А не взаимодействует с А и т.д.), группы А и Б могут реагировать между собой, но каждая из них не может реагировать с В, группа В должна иметь возможность превращаться в определенный момент в группу А.
Сначала в реакционную среду помещают центры будущих дендримеров, которые представляют собой молекулы, содержащие три группы А. К ним добавляют реагент, содержащий в своем составе одну группу Б и две В. Реагенты берут в таком количестве, чтобы соотношение групп А и Б было эквимолярным (точка, где происходит соединение реагирующих групп, обозначена звездочкой). В полученном соединении с помощью химической реакции проводят превращение групп В в А. Далее две показанные стадии многократно повторяют, в результате чего наращиваются новые слои вокруг центральной молекулы. Показанная схема была впервые реализована при синтезе дендримеров в виде полиамидоаминов группой Тоиалиана в середине 80-х годов прошлого века. Полученный продукт представлял собой ветвящиеся полимеры наподобие лучей взрывающейся сверхновой звезды. Полимеризация ведется с использованием стратегии «защита — снятие защиты», применяемой при синтезе белков и нуклеиновых кислот с заданной последовательностью аминокислот и нуклеотидов. В результате первой стадии полимеризации на концах ветвей оказываются свободные группы, каждая из которых способна реагировать с двумя дополнительными мономерами, таким образом формируется дендример первого поколения. Таких последовательных стадий может насчитываться конечное число, поскольку в определенный момент образуется плотная упаковка из мономеров, что препятствует дальнейшему протеканию полимеризации. Представьте себе, в слое девятого поколения дендримера содержится уже 3069 мономеров, а диаметр такой молекулы составляет ~10 нм.
На сегодняшний день ученые научились удерживать на поверхности дендримеров с помощью хелатных групп ионы металлов. Такие дендримерные «метки» на основе гадолиния и магния активно используются в качестве контрастов при проведении исследований методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Они позволяют, например, легко проследить «судьбу» введенных в организм подопытного животного стволовых клеток и их миграции. Это особенно важно в случае клеток, подсаженных в мозг.
Благодаря соприкасающимся «ветвям» разветвленной молекулы образуются внутренние полости, в которых могут находиться различные небольшие молекулы, химически не связанные с дендримером. В полости могут вводиться различные лекарственные препараты, что позволяет обеспечивать их длительное лечебное действие. Дендримеры могут также удерживать вещества с радиоактивной меткой, что можно применить для диагностики различных заболеваний.
Возможность прикрепления к дендримерам сразу нескольких различных молекул нашла свое применение при лечении злокачественных опухолей. Известно, что своеобразным «витамином» для любой делящейся клетки является фолиевая кислота — она в равной степени необходима как здоровым клеткам, так и раковым, однако на мембранах последних располагается в тысячу раз больше рецепторов, способных присоединять фолиевую кислоту. Поэтому если одновременно с ней к «веткам» дендримеров прикрепить сильный противоопухолевый препарат — метотрексат или флюоресцентный краситель, то раковые клетки будут гораздо активнее здоровых ловить и втягивать в себя такое нанолекарство. Это позволит, во-первых, осуществлять диагностику раковых заболеваний на ранних стадиях, а во-вторых, точно доставив препарат в раковую область, минимизировать побочные эффекты во время лечения онкологических заболеваний токсичным метотрексатом.
|
|
Читайте в рубрике «Нанотехнологии»: |
Военная техника | Телекоммуникации | Электроника | Энергетика | Физика | Химия | Биология | Математика | Психология | Физиология | Экономика | Металлургия | Строительство | Сельское хозяйство | Медицина | Культура и искусство | Виды двигателей | Машины и механизмы | Воздушный транспорт | Водный транспорт | Автотранспорт | Ж/д транспорт | Физики | Химики | Математики | Биологи | Европейские изобретатели | Американские изобретатели | Российские изобретатели | Советские изобретатели | Методология науки | Развитие креативности | Как стать изобретателем | Изобретения будущего