КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 22-73-10193

НазваниеНаправленный дизайн комплексов переходных металлов со спиновыми переходами в качестве pH-чувствительных зондов для магнитно-резонансной томографии

РуководительНелюбина Юлия Владимировна, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2022 - 06.2025

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-505 - Строение молекул и молекулярная спектроскопия

Ключевые словаКомплексы переходных металлов, контрастные агенты, pH-чувствительные зонды, магнитно-резонансная томография, корреляции «структура-свойство», молекулярный дизайн, парамагнитные соединения, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, спиновые переходы

Код ГРНТИ31.15.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на решение актуальной проблемы, связанной с созданием новых рН-чувствительных зондов для магнитно-резонансной томографии (МРТ), не содержащих токсичных редкоземельных металлов и обеспечивающих высокую чувствительность и контраст. В качестве таких зондов будут рассмотрены комплексы переходных металлов, в первую очередь – железа(II) и кобальта(II), с 2,2’-бипиридиновыми и бис(пиразол-3-ил)пиридиновыми лигандами (в том числе – в составе одного комплекса с аналогичными полидентатными лигандами на основе пиридина), способные обратимо переключаться между разными спиновыми состояниями при изменении рН среды, что обеспечит возможность визуализации на молекулярном уровне. Основным методом решения этой задачи, подразумевающей определение параметров подобного спинового перехода в растворах (в том числе – в водных средах, эмулирующих биологические жидкости, такие как вода, изотонический раствор соли и фосфатный буфер, и плазме крови) в зависимости от их температуры и рН для рядов родственных соединений и продуктов их депротонирования/протонирования, будет выступать спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР), включая оригинальный подход к экспрессному определению спинового состояния нескольких комплексов одновременно, в том числе – синтезированных непосредственно в ампуле для спектроскопии ЯМР. В рамках настоящего проекта данный подход будет адаптирован для изучения продуктов их депротонирования/протонирования, полученных в ходе регистрации спектров ЯМР, что дополнительно обуславливает новизну предлагаемого проекта. Корреляции «структура-свойство», которые предлагается выявить в ходе подобного систематического исследования с привлечением других современных методов исследования вещества (оптической спектроскопии, циклической вольтамперометрии, масс-спектрометрии и т.п.), позволят подобрать оптимальный дизайн лигандов с функциональными группами, способными к селективному протонированию/депротонированию в зависимости от pH среды, для создания рН-чувствительных зондов для МРТ на основе комплексов переходных металлов с температурно-индуцированным спиновым переходом. Сформулированные таким образом рекомендации по направленному дизайну таких комплексов будут способствовать внедрению в клиническую практику нетоксичных рН-чувствительных зондов, что может привести к прогрессу в области персонализированной медицины благодаря обеспечению визуализации биохимических процессов и ранней диагностике социально-значимых заболеваний, в том числе онкологических, при помощи МРТ.

Ожидаемые результаты
В настоящее время активно развиваются методы диагностики различных социально-значимых заболеваний, таких как различные виды онкологии. Большую роль при этом играет магнитно-резонансная томография (МРТ), которая является неинвазивным методом, не оказывающим ионизирующего воздействия на организм человека и характеризующимся хорошей чувствительностью и проникающей способностью. Использование контрастных агентов для МРТ позволяет еще больше повысить чувствительность данного метода. Однако он имеет ряд нежелательных побочных эффектов, связанных с применением некоторых коммерчески доступных контрастных агентов на основе комплексов редкоземельных металлов. Одним из направлений решения данной проблемы является поиск новых контрастных агентов и зондов для МРТ, например, среди комплексов переходных металлов, способных переключаться между двумя спиновыми состояниями под действием внешнего возмущения (например, температуры). Особым преимуществом таких комплексов является их низкая токсичность и возможность визуализации здоровых и поражённых тканей, характеризующихся различным метаболизмом, на молекулярном уровне при помощи МРТ благодаря чувствительности некоторых из них к рН среды. Однако полученные к настоящему моменту результаты о влиянии pH среды на параметры температурно-индуцированных спиновых переходов до сих пор не привели к разработке общих принципов молекулярного дизайна pH-чувствительных зондов для МРТ на основе комплексов переходных металлов. Для этих целей в рамках настоящего проекта будет проведен систематический анализ комплексов переходных металлов (в первую очередь – железа(II) и кобальта(II)) с 2,2’-бипиридиновыми и бис(пиразол-3-ил)пиридиновыми лигандами (в том числе – в составе одного комплекса с аналогичными полидентатными лигандами на основе пиридина), функционализированных по различным положениям группами, способными к селективному депротонированию или протонированию. Наличие спинового перехода у таких комплексов в растворах (в том числе – в водных средах, эмулирующих биологические жидкости, такие как вода, изотонический раствор соли и фосфатный буфер, и плазме крови), а также его параметры и влияние на них pH среды будут определяться с привлечением как классических, так и оригинальных подходов исследования жидких веществ, в первую очередь – спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В частности, ранее разработанный подход к экспрессному определению спинового состояния нескольких комплексов одновременно, в том числе – синтезированных непосредственно в ампуле для спектроскопии ЯМР, будет адаптирован для изучения продуктов их депротонирования/протонирования, полученных в ходе регистрации спектров ЯМР. Это позволит получать за короткий промежуток времени (как правило, несколько часов) информацию о возможности спинового перехода и его зависимости от природы органических лигандов и входящих в их состав функциональных групп для целой серии комплексов, тем самым существенно ускоряя оценку влияния рН среды на параметры температурно-индуцированного спинового перехода (при его наличии) и позволяя осуществлять направленный дизайн комплексов переходных металлов для создания pH-чувствительных зондов для МРТ. Научная и общественная значимость ожидаемых результатов определяется тем, что создание подобных рН-чувствительных зондов для МРТ на основе водорастворимых комплексов биогенных металлов и их дальнейшее внедрение в клиническую практику позволит минимизировать побочные эффекты контрастных агентов и зондов для МРТ и, как следствие, повысить эффективность диагностики социально-значимых заболеваний.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---