Сегодня учёные-материаловеды по всему миру уделяют большое внимание исследованиям и модификации металлорганических координационных полимеров. Эти инновационные материалы могут применяться в самых разных областях человеческой деятельности: для хранения газов, разделения и тонкой очистки сложных смесей, а также в качестве средства адресной доставки лекарственных препаратов к клеткам организма человека.

Над тем, чтобы сделать последний вариант применения безопасным и общедоступным, работает научная группа под руководством заведующей лабораторией металлополимеров Института проблем химической физики РАН, профессора кафедры 903 «Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения» МАИ Гульжиан Искаковны Джардималиевой. В состав группы входят также профессор кафедры 912Б «Авиационные материалы и технологии в медицине» МАИ Камиля Асылбековна Кыдралиева, аспирантка ИПХФ РАН Роза Баймуратова и студентка первого курса магистратуры кафедры 912Б Мария Шарапова.

Управляемые наносорбенты

Металлорганические координационные полимеры представляют собой структуры высокой пористости. Это своего рода сетка, узлы которой (ионы металлов или их кластеры) соединены с помощью органических лигандов — например, кислот.

Полимер способен впитывать в себя различные вещества, а затем в нужное время высвобождать их. Это свойство лежит в основе идеи управляемой доставки лекарств к клеткам, — рассказывает Мария Шарапова. — Так как координационные полимеры содержат в себе магнитоактивные ионы или кластеры металлов, управление может происходить посредством магнитного поля. Система с лекарством может быть создана таким образом, чтобы реагировать на определённую группу клеток по принципу «ключ — замок». Когда клетка соответствует заданным параметрам, происходит высвобождение лекарства.

Большим достоинством МОКП является возможность комбинировать в их составе различные неорганические и органические составляющие, что позволяет получать системы с абсолютно уникальными свойствами и параметрами. Так, чтобы эффективно выполнять задачу транспортировки лекарственных препаратов, полимер должен обладать биосовместимостью, высоким показателем адсорбции, способностью вмещать в себя как можно больше доставляемого вещества, быть нетоксичным и устойчивым к разложению в течение определённого времени. При этом он должен свободно передвигаться по сосудам, не закупоривая их, и полностью выводиться из организма. Поиском оптимального состава и способа производства такого нанопомощника и занимается группа исследователей из ИПХФ РАН и МАИ.

Успехи работы

Исследователи рассматривают несколько вариантов состава МОКП, потенциально позволяющих решать перечисленные задачи. Так, была проведена работа по исследованию удельной поверхности (вместительности) МОКП на основе транс-, транс-муконовой кислоты и переходных металлов: меди, цинка, никеля, кобальта.

Данных о проводившихся кем-либо исследованиях удельной поверхности таких систем ранее не публиковалось, — подчёркивает Мария Шарапова. — Полученные нами координационные полимеры имеют высокую удельную поверхность и демонстрируют способность эффективно поглощать органические красители.

Помимо этого, коллективом предложен усовершенствованный экологически безопасный подход к получению металлорганических каркасов. Также совместно с коллегами из МГУ — Лабораторией биодиагностики и экологической оценки почв и определительных сред — проведены исследования токсичности рассматриваемых МОКП для клеток.

Полученные к настоящему времени результаты работы обнадёживают. Изучаемые системы, в отличие от большинства существующих материалов-носителей лекарственных препаратов, лишены таких недостатков, как низкая ёмкость или быстрое высвобождение доли переносимого средства. Кроме того, они нетоксичны и безопасны для организма.

Успех коллектива был отмечен на всероссийских и международных конференциях и симпозиумах, также материалы исследования легли в основу статей в официальном журнале Международного союза теоретической и прикладной химии Pure and Applied Chemistry и международном научном журнале Polymers.

Изучение металлорганических координационных полимеров продолжается. В перспективе результаты работы могут быть использованы для создания новых средств доставки медпрепаратов при лечении онкологических заболеваний, биосенсоров для детекции различных видов вирусов и др. Что касается исследований МОКП в целом, эта тема несёт в себе огромный потенциал. Молекулярные магниты, фотомагнетики, фотоактивные молекулы на основе МОКП в дальнейшем могут быть интегрированы в различные устройства, от инновационных типов носителей информации до квантовых компьютеров.