Ученые создали соединение с пигментом цветов бархатцев, токсичное для раковых клеток
Ученые Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (БФУ) совместно с коллегами из Белоруссии и Бразилии разработали комплекс, состоящий из ионов редкоземельного металла иттербия и экстрактов, выделенных из цветов бархатцев. Соединение способно светиться и производить активные формы кислорода, благодаря чему оно может найти применение в фотоэлектронике и в биомедицине при лечении рака.
При разработке современных электронных и оптических устройств, в частности, солнечных батарей и фотодетекторов, ученые все чаще стремятся использовать комплексы, состоящие из редкоземельных металлов и органических остатков — лигандов. Регулируя условия их синтеза, исследователи контролируют конечную структуру комплексов, определяющую их способность светиться (люминесцировать).
Также, при возбуждении видимым светом такие материалы вырабатывают активные формы кислорода — токсичные в большом количестве соединения, разрушающие мембраны, белки и ДНК клеток. Это свойство расширяет возможности применения металлоорганических комплексов в биомедицине, в частности, при борьбе с опухолями. Однако примеров синтеза металлоорганических комплексов, эффективно генерирующих активные форма кислорода, пока недостаточно.
В ходе экспериментов авторы выделили экстракты из высушенных цветов бархатцев (Tagetes patula L.) и смешали их со спиртовыми растворами ионов иттербия в различных концентрациях (от 0,865 до 17,3 граммов на литр). После добавления металла спектр поглощения сдвинулся в фиолетовую область, что свидетельствует о формировании нового комплекса.
Исследователи проверили способность чистых экстрактов и полученных смесей с иттербием поглощать и испускать свет. Оказалось, что экстракты растений преимущественно поглощают ультрафиолетовые лучи, однако после добавления к ним ионов металла пик поглощения сдвигается в область фиолетового света. Такое изменение указывает на формирование металлоорганического комплекса, поскольку сами по себе ионы иттербия поглощают более длинноволновой инфракрасный свет.
При этом авторы обнаружили, что добавление иттербия повысило интенсивность свечения примерно в 6,3 раза. Исследователи предположили, что поглотившие световую энергию ионы иттербия передавали ее органическим составляющим комплекса, увеличивая таким образом количество энергии, испускаемой комплексами в виде люминесценции. Также ученые отметили, что добавление иттербия приводит к генерации комплексом активных форм кислорода. Их образование авторы обнаружили по появлению инфракрасного излучения.
«Наше исследование открывает новый подход к разработке люминесцентных соединений на основе металлов. Мы предполагаем, что комплекс на основе иттербия будет способен хорошо связывать молекулярный кислород. Это позволит рассматривать созданное соединение как потенциальный сенсор кислорода в различных системах, в том числе биологических. Именно этой теме мы планируем посвятить наши дальнейшие исследования», — рассказала один из авторов исследования, старший научный сотрудник НОЦ «Фундаментальная и прикладная фотоника. Нанофотоника» БФУ имени Иммануила Канта Анна Цибульникова.
С помощью интегрирующей сферы — устройства, позволяющего измерить мощность свечения, — авторы оценили эффективность генерации активных форм кислорода разработанным комплексом. Она оказалась сопоставима с ранее опубликованными данными о металлоорганических комплексах, в состав которых также входил иттербий. Однако, в отличие от предшественников, синтезировать новый комплекс с иттербием быстрее и проще. Таким образом, ученые разработали новый эффективный генератор активных форм кислорода, который потенциально найдет применение в терапии раковых заболеваний.