Ученые придумали, как сделать анализ селенсодержащих соединений в тысячи раз чувствительнее. Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) позволяет изучать структуру молекул, отслеживая, как ведут себя ядра атомов в магнитном поле. Но проблема в том, что некоторые изотопы, например селен-77, дают слишком слабый сигнал. Теперь исследователи нашли способ усилить его в 12 000 раз — и теперь можно обнаруживать даже микромолярные концентрации таких веществ.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of the American Chemical Society.

Селен — важный элемент: он входит в состав ферментов, защищающих клетки от повреждений, и потенциальных противоопухолевых препаратов. Но из-за слабого сигнала ЯМР его было сложно изучать. Обычные методы требовали дорогого оборудования и экстремально низких температур.

Группа ученых из Новосибирска, Нижнего Новгорода и Москвы предложила более простой подход. Они добавили в раствор иридиевый катализатор и пропустили через него параводород — особую форму водорода, которая не мешает измерениям.

Параводород — это особая форма молекулы водорода, в которой спины (магнитные моменты) двух ядер направлены в противоположные стороны. В отличие от обычного водорода, он не создает помех в ЯМР, но может передавать поляризацию другим ядрам, усиливая их сигнал.

В комплексе с катализатором поляризация от водорода переходит на ядра азота, а затем — на селен-77, резко усиливая сигнал. Весь процесс занимает секунды и идет при комнатной температуре.

Главный секрет — слабое магнитное поле, в 100 раз меньше земного. Его создали с помощью магнитного экрана. В таком поле перенос поляризации происходит эффективнее.

Метод уже опробовали на селенсодержащем соединении с антимикробной и противоопухолевой активностью. Удалось зафиксировать даже редкие молекулы, где одновременно были изотопы селена-77 и азота-15 — их доля составила всего 0,028%.

Где это пригодится

• В разработке новых лекарств, особенно селендиазолов — перспективных против опухолей и бактерий.
• В биомедицинских исследованиях, чтобы отслеживать биохимические процессы с участием селена.
• В диагностике — возможно, на основе метода создадут более чувствительные контрастные вещества для МРТ.

Мы хотим пойти дальше и отказаться от магнитного экрана, — говорит Алексей Кирютин, руководитель проекта, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории фотохимических радикальных реакций Международного томографического центра СО РАН. — Тогда можно будет делать компактные поляризаторы для медицинских применений.

Этот метод может ускорить разработку лекарств: если раньше изучение селенсодержащих соединений было сложным и дорогим, теперь их можно анализировать быстрее и дешевле. Особенно важно это для препаратов на основе селендиазолов — они показывают высокую активность против рака и бактерий, но из-за сложностей в анализе их исследовали медленно.

Также метод может улучшить медицинскую диагностику. Если на его основе создать контрастные агенты для МРТ, можно будет точнее выявлять опухоли или воспаления на ранних стадиях.

Пока метод тестировали только на одном типе соединений. Неясно, насколько он универсален — возможно, для других молекул придется подбирать условия заново. Также остается вопрос масштабирования: если технологию захотят внедрить в промышленность, понадобятся доработки.

Ранее российские ученые сообщили, что наночастицы селена помогут укрепить иммунитет и защитить сердце.