Последняя разработка НИОХ СО РАН – оригинальный отечественный ЭПР-спектрометр, созданный в рамках Гранта Правительства Российской Федерации «Многочастотный электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) для биохимических исследований и перспективы его применения в диагностике в медицине», - представлена на Х Международном форуме технологического развития «Технопром-2023».
В работе «круглого стола» «Цифровизация в медицине: как искусственный интеллект помогает ставить диагнозы» принял участие заместитель директора по научной работе НИОХ СО РАН Морозов Денис Александрович.
Заместитель директора напомнил, что ЭПР-спектроскопия – изобретение советских и российских ученых. В 1944 году профессор Евгений Константинович Завойский в Казанском университете обнаружил на неорганических молекулах эффект, связанный с неспаренным электроном, и возможности его детектирования и наблюдения. Этот метод активно развивался, несколько раз Е.К. Завойского выдвигали на соискание Нобелевской премии, но она была присуждена швейцарскому физику Феликсу Блоху за развитие методов ЭПР в 1952 году.
Новосибирский Академгородок активно включился в эти исследования, в настоящее время отечественные ученые входят в число ведущих специалистов в этой области. В 2012 году престижную награду Международного общества спектроскопии ЭПР, серебряную медаль в области химии, получил ведущий научный сотрудник Института химической кинетики и горения СО РАН Александр Дмитриевич Милов. В 2013 году премии Е.К. Завойского был удостоен доктор химических наук, академик РАН Юрий Дмитриевич Цветков (Институт химической кинетики и горения СО РАН). Директор Новосибирского института органической химии СО РАН профессор Елена Багрянская награждена Серебряной медалью Международного общества спектроскопии ЭПР в области химии в 2021 году и удостоена премии Е.К. Завойского в 2023 году.
Как пояснил участникам «круглого стола» Денис Морозов, существуют два основных режима метода ЭПР – стационарный и импульсный. У каждого есть свои достоинства и недостатки. Импульсный режим ЭПР требует более сложной техники, более сложного инструментария, но обеспечивают более глубокие и тонкие измерения, а, значит, позволяют получить более разнообразную информацию. Для успешной работы необходимы специальные молекулы: например, стабильные нитроксильные радикалы. Как оказалось, в ЭПР-спектроскопии подобные молекулы служат «химической лампочкой»-индикатором: их можно детектировать, увидеть в электромагнитном поле и следить за их перемещением. В 1959 году советскими исследователями была показана возможность построения сложных молекул, содержащих такой радикальный центр, а в 1994 году команда исследователей НИОХ СО РАН была удостоена Государственной премии за создание pH чувствительных нитроксидов, способных обратимо изменять свои спектральные характеристики в зависимости от концентрации протонов во внешней среде.
«В настоящий момент в арсенале ученых НИОХ СО РАН широкий набор различных молекул, которые пригодны для этого метода спектроскопии и позволяют получать самую различную информацию, – сообщил заместитель директора НИОХ СО РАН по научной работе. – Благодаря таким чувствительным молекулам исследователь может измерить pH и концентрацию некоторых молекул, например, кислорода, в ультрамалых объемах, получить информацию о редокс-статусе клетки, есть возможность следить за перемещением молекулы в растворе. Если подобные молекулы-«лампочки» пришить к макромолекулам, таким как нуклеиновые кислоты или белки, то можно следить и за ними. В перспективе рождаются новые решения для материаловедения: магнитные материалы, полимеры, умные материалы».
Более подробно Денис Морозов остановился на биохимических исследованиях с применением ЭПР- томографии: «У нас были эксперименты с перфузированным сердцем крысы, в котором повреждена артерия. В сердце поступает раствор нашего радикала – той самой «сигнальной лампочки», и после измерений в спектрометре мы можем получать изображение и одновременно информацию об оксигенации и уровне pH, сведения о пространственном распределении концентраций кислорода. Столь всеобъемлющая информация позволяет очень быстро выявить характер и локализацию повреждений сердечной мышцы.
С помощью нашего прибора была также получена информация о проникновении белка RL2 в раковую клетку, выявлены ранее неизвестные механизмы перемещения и превращений белка.
Так, было установлено что альбумин образует нековалентные димеры, которые играют важную роль в транспорте различных частиц в организме.
В ходе исследований мы также получили дополнительную информацию о жизни РНК в организме. Совместно с нашими коллегами из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН были описаны различные трансляционные процессы, измерены расстояния в мембранах в клетках Е.coli.
На основе новых полученных данных химики работают над улучшением характеристик спиновых меток, а коллеги-биофизики подсказывают, куда дальше двигаться.
В итоге, за 4,5 года работы в рамках реализации Гранта Правительства Российской Федерации (мегагранта) создан прибор с уникальными характеристиками, который позволяет исследовать фундаментальные основы жизни, например, молекулярные процессы, обеспечивающие передачу наследственной информации или синтез белка. Разработанный и созданный нами прибор не имеет аналогов и превосходит все, что сейчас производится промышленностью в России и за рубежом», – подвел итоги презентации Денис Александрович Морозов. – В ходе работы опубликованы более 80 статей в высокорейтинговых журналах, главы в монографиях, получены два патента, подготовлены и защищены 9 кандидатских и 3 докторских диссертации.
За участие в работе Международного форума технологического развития «Технопром» заместитель Губернатора Новосибирской области Ирина Викторовна Мануйлова вручила благодарственное письмо заместителю директора по научной работе Денису Морозову.
Пресс-центр НИОХ СО РАН