ИСТИНА

В науке и медицине люминесцентная биовизуализация известна как экспресс-метод наблюдения процессов в живых организмах. Такой способ визуализации часто используется при удалении опухолей в живых организмах и не может быть в полной мере заменен другими видами анализа. Однако существующие биометки могут быть использованы только для приповерхностных областей, так как излучаемый ими видимый свет активно поглощается живыми тканями. В то же время, органические красители, активно используемые для биологических исследований, подвержены быстрому фотообесцвечиванию, агрегации на биологических молекулах и имеют малый Стоксов сдвиг, что в совокупности сильно осложняет детектирование. Вместо органических люминофоров часто рассматривают неорганические вещества с антистоксовой люминесценций, обладающих устойчивостью к внешним воздействиям. Благодаря поглощению в инфракрасном (ИК) диапазоне и испусканию видимого света, их люминесценция безопасна для живых организмов. Несмотря на это, неорганические вещества имеют малое поглощение, поэтому для их возбуждения требуются мощные источники, излучение которых способно пагубно воздействовать на живые системы. По этой же причине интенсивность сигнала апконверторов довольно мала по сравнению с органическими красителями. В качестве альтернативы существующим решениям можно использовать координационные соединения (КС) лантанидов как основу для биометки. Высокое поглощение в таких соединениях обеспечивается органическим лигандом, поэтому для их возбуждения используются источники с низкой мощностью, безопасные для живых организмов. С другой стороны, эмиссионные полосы лантанида очень узкие по сравнению с полосами органических красителей, что облегчает детектирование сигнала метки. В качестве люминесцирующего иона чаще всего используется Yb3+, излучение которого попадает в окно прозрачности живых тканей, что позволяет детектировать не только сигнал метки в приповерхностном слое, но и в толще живой ткани. Кроме того, соединения иттербия имеют рекордные квантовые выходы среди ИК излучающих лантанидов. Несмотря на преимущества соединений иттербия, они имеют очень низкую интенсивность люминесценции из-за сложности подбора сенсибилизатора и подверженности многим видам гашения, обусловленной 290 низкой энергией его резонансного уровня. В данной работе в качестве нового лиганда-сенсибилизатора был выбран тетракарбоксипериленат-ион (PTC4- ), обладающий высоким (более 20 000 M-1 см-1 ) поглощением в сине-зеленой области спектра. В совокупности с инфракрасной люминесценцией иттербия это обеспечивает безопасность использования КС для клеточных применений. Большая сопряженная ароматическая система обеспечивает PTC4- низкое положение резонансного уровня и, как следствие, эффективную передачу энергии на ион лантанида. Поэтому целью работы стало получение новых КС иттербия с тетракарбоксипериленат-ионом и изучение их свойств для применения в биовизуализации. В ходе работы было показано, что комплекс иттербия с тетракарбоксипериленат-ионом содержит координированные молекулы воды, приводящие к гашению люминесценции. Для минимизации процессов гашения молекулы воды в координационной сфере лантанида заместили на фенантролин. Такой подход позволил уменьшить вероятность гашения OH-колебаниями и, следовательно, повысить квантовый выход в 2 раза (рис.1а) для Yb4(PTC)3(Phen)4 по сравнению с гидратированным КС. Полученные порошки оказались малорастворимы в биоинертных растворителях, поэтому для перехода к исследованиям в живых системах соединения были переведены в форму суспензий в растворе альгината натрия: Alg@Yb4(PTC)3(H2O)8, Alg@Yb4(PTC)3(Phen)4. Суспензии обладали высокой стабильностью (ζ=-44эВ), а средний размер частиц составил 50 нм для Alg@Yb4(PTC)3(H2O)8 и 70 нм для Alg@Yb4(PTC)3(Phen)4, что обеспечило им возможность проходить через клеточную мембрану. При этом вещества сохранили свои люминесцентные свойства и соотношение интенсивностей (1:2) (рис 1б). Суспензии обладали низкой токсичностью как в раковых, так и в эмбриональных клетках (IC50>50мкг/мл). При этом комплекс Alg@Yb4(PTC)3(H2O)8 селективно накапливается в раковых клетках по сравнению с эмбриональными, что позволяет использовать его определения локализации опухоли. Таким образом, в данной работе были получены КС иттербия с тетракарбоксипериленат-ионом, пригодные для использования в биовизуализации и диагностике рака.