В Калининграде ученые из БФУ им. И. Канта сделали важный шаг к тому, чтобы лечение опасных заболеваний стало более безопасным и точным. Они разобрались в том, как именно молекулы лекарства «цепляются» за специальные серебряные частицы на датчике. Этот датчик в будущем поможет врачам легко определять дозу препарата, которая нужна конкретному пациенту, чтобы ему стало лучше, но при этом не навредить.

Речь идет о препарате метотрексат. Это сильное средство, которое применяют при аутоиммунных болезнях, онкологии и ревматоидном артрите. У этого лекарства есть одна особенность, которая сильно осложняет жизнь и врачам, и пациентам — так называемое «узкое терапевтическое окно».

Что это значит простыми словами:

• Если дать слишком мало лекарства — оно просто не сработает, болезнь будет прогрессировать.
• Если дать чуть больше, чем нужно — появляется высокий риск тяжелых побочных эффектов, потому что препарат токсичен.

Поэтому врачам жизненно необходим точный мониторинг: им нужно постоянно видеть, сколько именно лекарства находится в крови у человека в данный момент.

Раньше в университете уже доказали, что оптический сенсор (он работает на явлении комбинационного рассеяния света) может справляться с этой задачей с точностью 82%. Сенсор выдает результат в виде графика-спектра, по которому видно, какова концентрация препарата. Но ученым этого показалось мало — они захотели понять механизм досконально, чтобы повысить точность и качество метода.

И вот тут началась самая интересная работа. Исследователи решили выяснить, что происходит на молекулярном уровне, когда лекарство встречается с наночастицами серебра, покрывающими сенсор.

Александр Зозуля, младший научный сотрудник лаборатории математического моделирования, объяснил это так:

Моделирование помогло нам расшифровать колебания в полученных спектрах. Мы смогли не только увидеть «отпечаток» лекарства, но и понять, как именно оно взаимодействует с поверхностью. Оказалось, что метотрексат использует для „сцепки“ с наночастицей свои карбоксильные группы. Мы также выяснили важную вещь: то, как именно молекула повернута к поверхности, напрямую меняет итоговый спектр.
А знаете, зачем это нужно? Зная „повадки“ молекулы, мы можем немного модифицировать поверхность наночастицы — посадить на нее специальную „приманку“ (другую молекулу). Эта молекула-помощник заставит метотрексат повернуться самой выгодной стороной, чтобы сигнал стал еще ярче и четче. Это прямой путь к созданию сверхчувствительных сенсоров.

Чтобы заглянуть в этот невидимый мир, ученые применили серьезные вычислительные методы. Они строили компьютерные модели и проводили квантово-химические расчеты комплексов «лекарство-наночастица». В ход пошли теория функционала плотности (DFT) и молекулярный докинг — методы, которые позволяют пристыковать молекулу к поверхности и посмотреть, что получится.

Работу провели на мощностях Северо-Западного центра математических исследований имени Софьи Ковалевской, а экспериментальную часть подтвердили в Центре клинических исследований БФУ. Результаты этого тонкого исследования уже опубликованы в авторитетном научном журнале RSC New Journal of Chemistry.