В прошлом десятилетии ученые составили «карту слюны» — выделили более тысячи уникальных протеинов в ее составе. В ней содержатся и другие соединения, которые могут многое рассказать о нашем здоровье — вода, белки, глюкоза, натрий, калий, магний, мочевина и другие органо-неорганические молекулы.

По слюне можно понять, будут ли у нас развиваться заболевания полости рта, в том числе кариес, есть ли у нас склонность к проблемам с желудочно-кишечным трактом, почками, сердечно-сосудистой системой и даже выявить риск возникновения рака. О чем еще может рассказать эта биологическая жидкость? И как ее можно изучить?

Об этом рассказал доцент Научно-образовательного и инновационного центра химико-фармацевтических технологий Химико-технологического института Уральского федерального университета (УрФУ), кандидат химических наук Тимофей Мосеев.

Войти во вкус

В среднем за сутки у человека выделяется до 1,5-2 литров слюны. И следить за ее составом, кислотностью, вязкостью очень важно. От этих показателей зависит, как мы чувствуем вкус еды, получаем ли достаточно веществ для защиты зубной эмали, как работают наши органы и системы организма. Тимофей Мосеев объяснил, что слюна так же, как и другие биологические жидкости, реагирует на любые изменения в организме. И она может подать «сигнал» о проблеме, пока человек еще не столкнулся с симптомами заболевания.

«Например, изменение pH может сказать о раннем развитии гастритов или гастродуоденитов. Кроме этого, исследования слюны относится к неинвазивным методам и может быть использовано в дозонологической диагностике [выявление изменений в организме, пока они еще не оформлены в диагноз — прим. ред.]», — поделился исследователь. Кроме того, даже незначительное понижение кислотности слюны может стать причиной возникновения кариеса и других проблем с зубами.

Молекулы подают сигнал

Ученые продолжают искать новые способы изучения этой биологической жидкости. Это не самый типичный анализ, но сегодня сдать его можно как в государственных, так и частных лабораториях.

Несколько лет назад ученые УрФУ разработали так называемый хемосенсор, который точно определяет pH-слюны. Хемосенсор не стоит путать с обычными сенсорами — это не датчик в привычном нам понимании, а химическая молекула, которая может стать элементом сенсорного устройства.

И эти «умные» молекулы могут подавать различный сигнал — светиться или наоборот «угасать»  (было свечение, а в присутствии аналита перестало), окислятся или восстанавливаться, изменять магнитную восприимчивость системы, то есть заставляя ее реагировать на электромагнитные волны. И они очень востребованы в современном мире.

«Например, современные электрохимические сенсоры способы определять pH с точностью до сотых долей, а лабораторные и до тысячных. Для любого мониторинга важно наблюдать ситуацию в динамике, чем раньше можно обнаружить изменение, тем раньше можно повлиять на ситуацию», — обратил внимание кандидат химических наук.

Пролить свет на слюну

Для своего исследования уральские специалисты использовали флуорофоры — это химические соединения, которые при определенном воздействии начинают светиться, то есть испускают видимое излучение. «Фотолюминисцентная хемосенсорика — это довольно новое направление, которое позволяет определять аналитические параметры в сложных многокомпонентных системах (например, внутри клетки или в городских стоках) с высокой точностью.

В настоящее время для применения в этой области есть очень малое количество соединений, поскольку они должны иметь хорошие оптические свойства, также обязательным условием является растворимость в воде или водных растворах», — сказал доцент.

По сути, уральский хемосенсор представляет собой кристаллический порошок светло-желтого цвета. Эксперт рассказал, что для начала на его основе нужно сделать раствор — и после добавить его в исследуемый образец. Результат можно измерить с помощью флуориметра.

Этот лабораторный прибор позволяет определить интенсивность флуоресценции (количество света, который испускает вещество). По измеренному количеству света можно определить исследуемый параметр, в случае исследователей — это pH (водородный показатель) слюны.

Разработать такие красители непросто — ученым важно придать им несколько очень важных свойств. Флуорофоры должны окрашивать только то, что нужно, то есть обладать свойством селективности.

Дальше все уже зависит от сферы применения. Некоторые хемосенсоры определяют конкретное соединение (так называемый аналит), а другие — используются при ранней диагностике заболеваний. Вторые особенно важно сделать достаточно яркими и контрастными — это необходимо для исследования образцов. Ведь некоторые ткани могут обладать собственной флуоресценцией.

Найти и обезвредить

По словам Тимофея Мосеева, их хемосенсор можно использовать неоднократно — уже известно, что он сохраняет свои свойства до пяти раз. Причем это вещество очень экономно расходуется: «Для исследования используется раствор хемосенсора приблизительно в микромолярной концентрации. И, если пересчитать в абсолютные значения, то на один опыт требуется около нанограмма вещества.

Таким образом, используя несколько миллиграмм соединения, можно провести несколько десятков опытов», — привел пример специалист. Он отметил, что пока разработка ученых УрФУ не используется в медицине, однако у нее есть шанс пригодиться врачам. Это произойдет постепенно — с развитием области фотолюминесцентной хемосенсорики.

«Результат может быть достигнут только в том случае, когда химики будут синтезировать целевое соединение с учетом пожеланий и рекомендаций врачей-исследователей, оперативно проводить исследования на клеточных и животных моделях, одним словом, работать в тандеме», — поделился мыслями кандидат химических наук.

Подобные хемосенсоры на основе флуорофоров можно использовать также для диагностики рака. Ученые УрФУ предлагают применить их и для фотодинамической терапии раковых опухолей — новейшего метода лечения онкозаболеваний. Эта идея появилась в ходе исследований, когда они выяснили, что флуорофоры на основе нафтоксазола могут не только «найти» опухолевые клетки, но и уничтожить их.

Дизайн со вкусом

Хемосенсоры не только эффективны и долговечны, но и достаточно универсальны. К тому же, они экологичны. Как объяснил Тимофей Мосеев, существует 12 принципов зеленой химии, которые были предложены в 1998 году. И ученые разрабатывают молекулы для своих сенсоров: создают так называемый молекулярный дизайн с их учетом.

Среди этих принципов — снижение опасности процессов и продуктов синтеза, использование менее опасных растворителей и вспомогательных веществ, применение возобновляемого сырья, энергосбережение и др.

«Безусловно, сделать любые процессы, в том числе химические, полностью экологичными практически невозможно, но принципы зеленой химии дают ориентир исследователям — к чему стоит стремиться», — сказал ученый.

Хемосенсор в естественной среде

Различные хемосенсоры могут пригодиться в мониторинге окружающей среды. Тимофей Мосеев рассказал, что их можно применять для определения концентраций анионов и катионов, то есть различных кислотных остатков, металлов.

«Например, нами также были получены соединения, которые способны определять катионы алюминия (Al3+) и железа (Fe3+) или нитроароматические соединения», — привел он пример.

Сейчас исследователи УрФУ также работают над соединениями, которые способны селективно определять антибиотики, гормоны, пестициды и другие соединения. С их помощью можно будет найти хлорамфеникол (антибиотик, который активно применяется в медицине, ветеринарии и животноводстве), вычислить содержание холестерина в различных образцах.

Этим направлением занимаются специалисты и из других научных организаций. Например, подобные разработки уже используют на практике — с помощью хемосенсоров изучают уникальную экосистему Байкала.

Поэтому изучение слюны с помощью хемосенсоров — только один из множества способов применения «умных» молекул в будущем. И уже сейчас можно сказать точно — не все хемосенсоры светятся, но все они помогают осветить тот или иной аспект нашей жизни — позволяют увидеть то, что ни человеческий глаз, ни специальный прибор не способны различить. И эти маленькие молекулы еще помогут ответить на множество больших вопросов ученых из самых разных сфер — от медицины до экологии.

Полина Казакова