Исследования учёных Арбузовского института открывают новые возможности для самых разных отраслей экономики – от сельского хозяйства до фармации

Поверхностно-активные вещества, ПАВ – эти словосочетание и аббревиатура известны многим, ассоциируются они в основном с бытовой химией. Все знают, что такие химические соединения входят в состав моющих средств, стиральных порошков. Но это, говорит заведующая лабораторией высокоорганизованных сред казанского Института органической и физической химии имени А.Е. Арбузова ФИЦ «КазНЦ РАН» Люция Захарова, только верхушка айсберга возможностей поверхностно-активных веществ.

Напомним, что в этом году Казанский научный центр Российской академии наук отмечает своё 75-летие, и в рамках подготовки к этому юбилею мы рассказываем о наиболее интересных направлениях работы его учёных.

Так вот, о поверхностно-активных веществах. Исследования, которые проводят казанские химики в лабораториях арбузовского института, помогают открывать новые области применения ПАВ. Кроме того, химики и сами синтезируют новые поверхностно-активные вещества со свойствами, необходимыми в самых разных сферах нашей жизни.

Вообще, говорит Люция Захарова, на современном этапе технологического развития легче назвать области, где эти химические соединения не используются. Скажем, некоторые домохозяйки, сильно опасающиеся «вредной химии» и декларирующие уборку квартиры исключительно «натуральными» средствами на основе какой-нибудь соды (которая, по сути, тоже является самым что ни на есть химическим со­единением), сильно удивятся, наверное, узнав, что формула «чистейшей» мицеллярной воды, которой они каждый день безбоязненно протирают лицо, тоже строится на базе поверхностно-активных веществ. Именно уникальные свойства ПАВ и позволяют этой воде так хорошо очищать кожу.

Нужны ПАВ и в нефтехимии, где они используются для вытеснения нефти из скважин или для сбора нефтяных пятен, когда происходит разлив.

А сейчас, например, лаборатория высокоорганизованных сред участвует в реализации крупного гранта Российского научного фонда со сложным для неподготовленного уха названием «Разработка супрамолекулярных стратегий для создания липидных и гибридных наноконтейнеров с функциями таргетности и способностью преодолевать биологические барьеры с целью увеличения эффективности лекарственных средств».

Запутались? Да, современная большая наука непроста! Давайте объясним: речь идёт о том, что можно создавать наноконтейнеры из поверхностно-активных веществ со специально подобранными свойствами. и эти наноконтейнеры будут доставлять лекарственные вещества адресно (таргетно) к больному органу, не оказывая ненужного воздействия на другие системы организма.

Исследования, которые проводят казанские химики в лабораториях арбузовского института, помогают открывать новые области применения ПАВ. Кроме того, химики и сами синтезируют новые поверхностно-активные вещества со свойствами, необходимыми в самых разных сферах нашей жизни

Медицинское направление появилось в работе лаборатории сравнительно недавно. Но об этом мы ещё поговорим. Если же взять исторический аспект, то надо сказать, что лаборатория специализируется на исследованиях ПАВ с 70-х годов прошлого века. и начинали казанские химики когда-то свои исследования с работы с токсичными фосфор­органическими соединениями – пестицидами, загрязняющими экосистемы. Дело тут опять в уникальных свойствах поверхностно-активных веществ. Они имеют двойственную структуру: могут растворяться как в воде, так и в неводных средах. Поэтому агрегаты ПАВ способны связывать плохо растворимые в воде фосфорорганические соединения и ускорять их разложение в десятки и сотни тысяч раз.

В последние годы учёные лаборатории снова активно работают над сельскохозяйственной тематикой.

– Сейчас речь идёт уже не столько о разложении пестицидов, сколько о правильных дозировках агрохимикатов, – рассказывает Люция Захарова. – Можно избирательно подбирать поверхностно-активные вещества, добавляемые к удобрениям и пестицидам, уменьшая при этом их дозировку и одновременно увеличивая концентрацию. Или, скажем, сейчас модной стала тема применения дронов для беспилотного опыления посевов. В планах лаборатории – исследовать, как можно в этом случае контролировать размеры капель удобрения, степень их растекания по поверхности листа, учитывать погодные условия, направление и силу ветра… Синтезируя ПАВ, мы можем вводить туда специальные группы молекул, которые способствуют их разложению, то есть в этой работе мы стараемся соблюдать критерии «зелёной» химии. ФИЦ «КазНЦ РАН» является меж­дисциплинарным научным центром. У нас налажены хорошие связи с коллегами-био­логами, с представителями сельскохозяйственной науки, и есть возможность грамотно планировать и сразу проверять свои наработки. Это повышает эффективность исследований.

Что касается медицинской тематики, то к ней в лаборатории высокоорганизованных сред впервые обратились в 2014 году, когда Арбузовский институт выиграл крупный грант Российского научного фонда, целью которого было создание на базе Института органической и физической химии международного научно-инновационного центра нейрохимии и фармакологии. Основные задачи перед учёными стояли инфраструктурные – сформировать новые междисциплинарные научные группы (в исследованиях по гранту объединились химики, биологи, фармакологи), оснастить центр современной техникой. Эти задачи были успешно решены.

– Тогда у нас сложилась отличная команда. Это очень важно, когда нарабатываются такие вот междисциплинарные контакты. И мы горды, что наша лаборатория стала одним из игроков этой команды, – говорит Люция Захарова.

Сейчас, в рамках нового гранта, исследования, связанные с адресной доставкой в организм лекарств, продолжаются. Наночастицы делают лекарственное вещество растворимым, позволяют повысить его концентрацию (соответственно, уменьшить дозировку) и донести концентрированную субстанцию через все барьеры к нужному органу

Тогда же начались относительно новые для лаборатории исследования в области фармакологии. В частности, рассказывает Люция Захарова, учёным удалось решить очень сложную задачу – как провести лекарство через ГЭБ в мозг.

Опять поясним: ГЭБ – это существующий в живом организме гематоэнцефалический барьер, который не пропускает в мозг чужеродные вещества. А чужеродным мозг, в том числе воспринимает и антидот, который может спасти при отравлении пестицидами. Решением проблемы стало использование специально разработанных наноконтейнеров – мельчайших частиц, содержащих лекарственное вещество, которые смогли преодолеть барьер и адресно доставить лекарство в мозг. Это позволило на треть восстановить активность фермента, деятельность которого была нарушена при отравлении пестицидами, и спасти жизнь в данном случае подопытных крыс.

Сейчас, в рамках нового гранта, исследования, связанные с адресной доставкой в организм лекарств, продолжаются. Наночастицы делают лекарственное вещество растворимым, позволяют повысить его концентрацию (соответственно, уменьшить дозировку) и донести концентрированную субстанцию через все барьеры к нужному органу.

– Тот факт, что наши исследования проходят не только в пробирках, но и на животных, – это очень большое достижение, – говорит Люция Захарова. – Конечно, чтобы выходить на доклинические и клинические испытания созданных в нашей лаборатории веществ, нужны совершенно другие масштабы работы и другое финансирование. Поэтому, хотя в целом наша работа ориентирована на решение практических задач, прежде всего мы занимаемся фундаментальными исследованиями и в своей области добились до­стойных результатов, которые сегодня публикуются в серьёзных научных изданиях. И это лишний раз подчёркивает их весомость.