Тихая битва с пневмококком

Если в прошлом веке химия занималась изучением относительно простых соединений, то сейчас химики исследуют сложные молекулярные органические и гибридные системы (включающие в себя неорганические и органические компоненты, в том числе наночастицы). Такие сложные молекулярные системы находят применение в фармацевтике, катализе, нанотехнологиях, нефтехимической промышленности, медицине, энергетике и многих других областях.

Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского (ИОХ) Российской академии наук еще в 2014 году выиграл пятилетний грант Российского научного фонда, чтобы заниматься дизайном и исследованием сложных гибридных систем. Разработки ученых не только простые в использовании и сравнительно недорогие, но еще и экологически чистые. Например, сотрудники института уже создали методы построения сложных молекулярных азот-кислородных систем — доноров оксида азота и полупродуктов для получения нейромедиаторов (в том числе гормонов), а также регуляторов активности ферментов. Такие системы можно использовать для создания лекарств для лечения заболеваний сердечно-сосудистой, иммунной и нервной систем, болезней легких. Эти лекарства, по мнению исследователей, будут превосходить по активности и широте терапевтического эффекта известные лекарства и не проявят в отличие от них вредных побочных эффектов.

Кроме того, работники института Зелинского разработали катализаторы (ускорители химических реакций) для решения одной из ключевых задач современного органического синтеза — создания методов получения целевых органических продуктов с атомарной точностью из дешевого и легкодоступного природного сырья.

В ходе проекта ученые исследовали системы для разработки синтетических вакцин, в том числе для защиты от пневмококка — одного из наиболее распространенных и опасных патогенов, вызывающих пневмонию, отит и менингит. В результате сотрудники ИОХ синтезировали конъюгаты белка-носителя с олигосахаридными лигандами (углеводные производные, построенные из нескольких моносахаридных остатков), иммунизация которыми лабораторных мышей обеспечила полную защиту от заражения соответствующими серотипами пневмококка. Исследования в пробирке (in vivo) проводились во ВНИИ вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова.

Аспирантка ИОХ РАН Екатерина Денисова выделяет синтезированный комплекс палладия. Подобные комплексы используют для создания улучшенных каталитических систем для быстрого и простого получения новых молекул.

Студентка Вера Черепанова на сканирующем электронном микроскопе изучает образцы современных гетерогенных каталитических систем. В лаборатории она пытается понять, как изменяется поверхность катализатора (ускорителя химических реакций) в зависимости от условий проведения реакций. Выявление этой зависимости, возможно, станет ключом к пониманию актуального вопроса: как проходят химические реакции?

Оборудование позволяет напылить слои углерода и металлов для съемки на электронном микроскопе. Этот служит отличным помощником при получении образцов с наноразмерным покрытием.

Ученые получают изображения поверхности катализатора на сканирующем электронном микроскопе. Вера Черепанова исследует сложную структуру углеродного материала, входящего в состав катализатора на его основе. Он, в свою очередь, необходим при селективном синтезе новых веществ (когда происходит быстрая кристаллизация материала с высокой скоростью охлаждения, что позволяет управлять некоторыми его характеристиками).

Специальная камера дает возможность работать в атмосфере инертного газа для веществ, неустойчивых в обычных условиях. Несмотря на свою простоту, подобная камера удобна в повседневной работе лаборатории и позволяет проводить научные исследования для чувствительных к воздуху и влаге веществ.

Научный сотрудник ИОХ РАН Евгений Пенцак за исследованием оксидных подложек на просвечивающем электронном микроскопе. Эти подложки позволяют получать катализаторы с улучшенной структурой и заданными свойствами, а мощный инструмент — электронный микроскоп — служит надежным подспорьем в изучении их природы.

Аспирантка ИОХ РАН Лилия Сахарова подготавливает пробы для анализа вещества методом ядерного магнитного резонанса. Сверхпроводящие магниты создают мощнейшие магнитные поля для измерения расстояний между ядрами атомов в молекулах различных белков, что позволяет определять их пространственные структуры.

Сотрудники удаляют летучие компоненты из реакционной смеси на роторном испарителе. Этот прибор позволяет быстро избавиться от растворителя или другого летучего компонента без потери времени научного сотрудника на сбор и установку сложного оборудования для отгонки.

Ученые фильтруют органические соединения под вакуумом. После проведения реакции катализатор можно отделить от реакционной смеси простым методом фильтрования. Таким образом избавляются от ненужных компонентов в смеси, упрощая дальнейшую очистку целевого вещества.

На 3D-принтере осуществляется быстрое прототипирование молекулярных моделей. Метод 3D-моделирования помогает при визуализации сложных молекул или при проектировании химических реакторов непосредственно в лаборатории.

Евгений Гордеев изготавливает модели на 3D-принтере. Экструзионная техника печати (когда принтер плавит и наносит термопластиковую нить) актуальна и применима не только на производстве, но и, благодаря ее легкости в эксплуатации и техническом воплощении, широко востребована в химической лаборатории научного института. Можно придумать и напечатать уникальный реактор по индивидуальному проекту для синтеза вещества.

Эти экспериментальные модели пробирок для проведения реакций получили по технологии трехмерной печати. Она помогает существенно расширить возможности и делать пробирки из различных полимеров в качестве альтернативы обычной лабораторной посуде.

Культура опухолевых клеток, снятых на флуоресцентный микроскоп. Прежде чем поместить клетки под микроскоп, ученые метят их светящимися (флуоресцентными) метками, чтобы лучше увидеть изменения, которые сотрудники произвели с клетками во время исследования.