Введение 3
Литературный обзор 3
1. Роль молекулярного кислорода в деятельности живых организмов 3
2. Методы измерения концентрации О2 в биообъектах. Их достоинства и недостатки . 7
2.1. Позитронно-эмиссионная томография (PET имиджинг) 8
2.2. 19F магнитно-резонансная оксиметрия (MRI) 9
2.3. Оксиметрия электронного парамагнитного резонанса (EPR имиджинг) 10
2.4. Электрохимические методы 11
2.5. Ближняя инфракрасная спектроскопия (NIRS) 12
2.6. Люминесцентные методы 13
2.6.1. Теоретические основы люминесценции 13
2.6.2. Механизм тушения фосфоресценции координационных соединений
молекулярным кислородом 16
2.6.3. Ратиометрический метод 18
2.6.4. Метод PLIM 19
2.6.5. Сравнение PLIM и ратиометрии 22
3. Особенности комплексных соединений Ir(III) 22
Постановка задачи 25
Объекты исследования 25
Цели исследования 25
Задачи исследования 25
Экспериментальная часть 27
Результаты и обсуждение 43
Серия комплексов К1-К4 43
Серия комплексов К5-К6 52
Заключение 60
Благодарности 62
Список использованной литературы 63
Приложение 66
Важность молекулярного кислорода для живых организмов неоспорима, и любые нарушения в его уровне могут свидетельствовать о различных патологиях и заболеваниях, включая гипоксию тканей, которая является симптомом сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. В современной биоимиджинг-технологии большое значение имеют фосфоресцентные сенсоры кислорода, которые позволяют определять концентрацию молекулярного кислорода в живых организмах и тканях. Однако, многие существующие методы имеют ограничения, такие как токсичность или нестабильность сенсоров, а также сложность в использовании. В связи с этим, разработка новых биосовместимых и высокоэффективных фосфоресцентных сенсоров кислорода остается актуальным направлением современной химии и биоимиджинга.
В данном исследовании мною проведены обзор и сравнение существующих методов измерения концентрации кислорода в биообъектах, с подробным рассмотрением метода фосфоресцентного имиджинга с временным разрешением (PLIM), а также изучен потенциал новых комплексных соединений Ir(III), которые были синтезированы в качестве фосфоресцентных кислородных сенсоров.
В данной работе были получены следующие результаты:
• Были синтезированы: модифицированный олиго(этиленгликольными)
заместителями NAC лиганд, два дииминных пиридил-тразольных
лиганда, а также две серии циклометаллированных комплексов иридия III: 4 комплекса с одним NAC лигандом, 2 комплекса — с NAC лигандом, модифицированным олиго(этиленгликольными)
заместителями
• Полученные комплексы были охарактеризованы методами ЯМР спектроскопии, масс-спектрометрии и элементного анализа, предполагаемые структуры соединений были подтверждены при помощи данных методов анализа
• Проведены исследования фотофизических свойств в метаноле, подтверждено наличие зависимости фосфоресценции всех комплексов от содержания кислорода; на основании этих данных был выбран наиболее перспективный комплекс из серии
• Были подобраны оптимальные составы систем для исследования фотофизических свойств данного комплекса в модельных физиологических средах и проведены соответствующие измерения ; была проведена калибровка Штерна-Фольмера
• Коллегами была определена цитотоксичность данного комплекса, был проведён анализ его распределения в различных органеллах клетки, а также были получены изображения PLIM
• Были получены и выделены два аддукта комплексов с альбумином, а также измерены их фотофизические характеристики.
На основании проведённой работы можно сделать следующие выводы:
• В полученных сериях соединений на фотофизические характеристики прежде всего влияет природа циклометаллирующего NAC лиганда, а влияние NAN лигандов больше сказывается на биосовместимости и сенсорной способности
• Из серии гидрофобных комплексов, комплекс К1 был выбран как самый перспективный с точки зрения сенсорных свойств и возможности стабилизации в водной среде
• Проведённые коллегами эксперименты показали, что комплекс К1 является достаточно токсичным (в концентрации более 5 мкмоль/л), а также преимущественно локализуется в митохондриях. Эксперименты по биоимиджингу PLIM подтвердили применимость комплекса в качестве сенсора О2 на живых клетках in vitro
• В физиологических средах значительную роль в изменении фотофизических свойств играет встраивание комплексов в гидрофобные карманы альбумина.
