Ученые Казанского федерального университета совместно с коллегами из Казанского научного центра РАН получили новые биосовместимые люминесцентные материалы на основе циклического дипептида. Работа опубликована в международном журнале Physical Chemistry Chemical Physics и открывает новые горизонты в разработке оптических устройств, гелеобразующих систем и биомедицинских технологий.

Разработка новых функциональных материалов сегодня является одной из наиболее перспективных задач современной науки. Особое внимание уделяется биосовместимым соединениям, которые можно использовать в медицине и смежных областях.

Ученые сосредоточили внимание на дипептидах – коротких молекулах, состоящих из двух аминокислотных остатков. Эти соединения относительно просты по структуре, но при этом способны образовывать разнообразные устойчивые формы. В частности, объектом исследования стали два дипептида: L-аланил–L-лейцин и L-лейцил–L-аланин.

«В настоящее время эти материалы получены только как лабораторные образцы. Их особенностью является применение алифатических дипептидов как строительных блоков, в то время как в литературе для этих целей используются ароматические дипептиды, люминесцентные свойства которых хорошо известны», – рассказал директор Химического института им. А.М. Бутлерова КФУ Марат Зиганшин.

Впервые были подробно исследованы термические свойства этих дипептидов. Результаты показали, что при нагревании выше критической температуры в твердой фазе они подвергаются трансформации и образуют циклический дипептид – производное 2,5-дикетопиперазина.

Для анализа механизмов этих реакций команда исследователей применила методы изоконверсионной кинетики. С их помощью удалось определить кинетические параметры процессов и построить модели, описывающие превращения дипептидов в условиях нагрева.

Циклические дипептиды способны к самосборке, формируя микро- и наноструктуры различной формы в зависимости от используемого растворителя. В одних условиях получались тонкие волокна и фибриллы, в других – плоские пластинки. Волокнистые структуры особенно интересны для создания гелеобразующих систем, которые могут быть использованы в адресной доставке лекарственных препаратов. Пластинчатые образования, в свою очередь, открывают перспективы для применения в оптических устройствах и материалах с уникальными световыми свойствами.

«На текущий момент ввиду малоизученности люминесцентных свойств, потенциал применения этих структур выше в виде гелей. Необходимо дальнейшее исследование влияния веществ, содержащихся в живом организме, на их оптические свойства. В перспективе эти структуры могут быть использованы для биовизуализации биологических объектов», – отметил М. Зиганшин.

Одним из наиболее ярких открытий стало обнаружение люминесцентных свойств микроструктур на основе цикло (Ala-Leu). Эксперименты показали: они поглощают излучение длиной волны 372 нанометра и излучают при 460 нанометрах. При этом квантовый выход составил 40 процентов, что является высоким показателем для подобных систем.

«Известно, что циклический дикетопиперазин выделяют из грибов и бактерий. Это биологически активное вещество обладает статическим действием против вируса осповакцины. Предположительно, оно является веществом средней токсичности и может быть использовано на клетках вне живого организма. В сравнении с другими циклическими дипептидами структуры на его основе характеризуются хорошим квантовым выходом и относительно большой величиной Стоксова сдвига», – прокомментировал директор Химического института им. А.М. Бутлерова.

Необходимо отметить, что до настоящего времени в научной литературе практически отсутствовали примеры люминесценции алифатических дипептидов. Это делает работу ученых уникальной и значимой для дальнейшего развития всей области пептидной химии.

Открытие имеет широкий спектр потенциальных применений. Благодаря яркой люминесценции материалы могут быть использованы в датчиках, биомаркерах и элементах фотоники. Волокнистые структуры пригодны для создания гелей и наноматериалов, применяемых в адресной доставке лекарственных средств. Результаты исследования открывают новый взгляд на поведение дипептидов на перспективу для проектирования новых молекулярных систем. 

«Люминесценция сохраняется до разрушения структуры. Механизм люминесценции данных объектов на данный момент не изучен», – проинформировал М. Зиганшин.

При частичной или полной перепечатке материала, а также цитировании необходимо ссылаться на пресс-службу КФУ.