«Полученные результаты побуждают к дальнейшим свершениям»

Суббота, 21.04.12

Изменения в обществе порой происходят моментально. XX век ознаменован гигантскими научными прорывами. Это и полет человека в космос, и ставшие обыденностью мобильные телефоны, компьютеры, Интернет... Произошли великие открытия и в медицине, в частности, в фармации. Среди лекарственных препаратов – это человеческий инсулин, а в биотехнологическом производстве – пенициллин, созданный во время Великой Отечественной войны. На кафедре органической и фармацевтической химии Чувашского госуниверситета им. И.Н. Ульянова тоже совершаются важные открытия в области фармацевтики.

День преподавателя-химика начинается с лекционных занятий, подготовки к семинарам и собственно научной деятельности. Работа в лаборатории – это реакторы, пробирки, реактивы. «Мне всегда нравилась химия. В гуманитарных науках можно сказать так, сказать эдак. Как проверить? Для меня это непонятно. В химии же все однозначно: провел реакцию – получился результат. Третьего не дано. Если же возникает какой-то спор, его всегда можно решить практическим путем», – говорит к.х.н., доцент кафедры органической и фармацевтической химии ЧГУ А.В. Еремкин. О работе на кафедре, о том, какие опыты и эксперименты там проводятся, он рассказывает нашим читателям.

Лаборатория химфака: вчера и сегодня

Одно из основных направлений работы кафедры органической и фармацевтической химии ЧГУ и лаборатории – это изучение методов получения и свойств полинитрильных (полицианосодержащих) соединений. Необходимо отметить, что согласно одной из концепций, описывающих возникновение первичной жизни, именно превращения синильной кислоты HCN привели к образованию аминокислот и нуклеиновых оснований. Преподаватели-химики же в одну молекулу вводят несколько цианогрупп, тем самым закладывая возможность создания фармакофорных фрагментов в результате их превращений. В лаборатории, основываясь на синтетических возможностях, заложенных в этих функциональных группах, создают то или иное функциональное окружение. В Чувашском госуниверситете это направление возникло благодаря д.х.н.,  профессору О.Е. Насакину в 1980-е годы.

Изначально это направление зародилось вследствие интереса к цианомономерам. Полимеры,  полученные на основе этих мономеров, обладают уникальными свойствами, такими как термостойкость и уникальная адгезия. В конце 90-х наметилось новое направление – поиск новых биологически активных веществ, направленный синтез новых структур, которые позволят создать новые лекарства.

Еженедельно в лабораториях кафедры создается порядка 50 соединений. Как рассказывает А.В. Еремкин, некоторые из них могут обладать рядом полезных свойств, например, нарушают развитие недоброкачественных опухолей.

За последние годы в лабораториях кафедры были созданы вещества, которые почти в 10 раз более активны, чем известные противоопухолевые препараты, а также ряд других биологических активных веществ – потенциальных лекарств. Данные результаты получены в результате совместных работ с учеными Казани или Национального института рака (NCI) в Мэриленде (США), с которым наш университет в свое время заключил договор о сотрудничестве. Американские ученые изучают вещества, синтезированные чувашскими коллегами, и бесплатно тестируют их на противораковую и антивич-активность. Если активность будет обнаружена, а такое бывало, – отмечает Алексей Владимирович, – то они предлагают провести дополнительные исследования. В таком случае необходимо либо договариваться с фармацевтическими компаниями на эти исследования, либо полностью передавать им права на разработку.

Желаемый результат достигается постепенно

– Создание нового лекарственного препарата имеет множество стадий. Любое лекарство начинает свой путь в химической лаборатории. Здесь оно переживает две стадии, – рассказывает А.В. Еремкин. – Первая – задумка. В ходе этого этапа разрабатывается целевая молекула, ее химическое строение. Нашим коллективом часто используется такой подход, как введение в молекулу фармакофоров. Необходимо сказать, что фармакофором называют набор структурных элементов в молекуле, которые являются ответственными за ее биологическую активность. Таким образом, в само строение новой органической молекулы закладываются нужные химикам свойства. Вторая стадия – синтез задуманной молекулы. Следует отметить, если в мире до сих пор синтез сложных структур осуществляется постадийно (один фрагмент углеродного каркаса наращивается вслед за другим, одна функциональная группа создается, а вслед за ней другая), то в нашей лаборатории приоритет отдают мультикомпонентным реакциям. Их отличительной особенностью является возможность осуществления сложного превращения (эквивалентного классическому 5-10 стадийным процессу) в одну технологическую операцию. Это позволяет добиться значительно большей эффективности методик (70-90% выхода конечного соединения по данной реакции против 0,1-5% в случае классического подхода). Примерами реализации данного подхода служат трехкомпонентные реакции, домино-реакции и one-pot синтез. В случае трехкомпонентной реакции в реактор (которым, как правило, служит химический стакан) сразу загружаются три химических вещества, каждое их которых участвует в создании конечной структуры. Домино-реакции отличаются тем, что одна произошедшая реакция вызывает другую. Все происходит подобно тому, как падают фишки домино – одна за другой открывая задуманную автором картину. Это превращение в ходе своей реализации не требует добавления дополнительных компонентов и происходит самопроизвольно после того, как будут созданы условия для реализации первого элемента. One-pot или однореакторный синтез происходит так: в одной реакционной емкости сначала осуществляют первое превращение, а затем, не осуществляя выделение и очистку продукта, закладывается очередной реагент. В результате осуществления любого из данных подходов упрощается и удешевляется создание больших, сложных по строению молекул, в которых имеются функциональные фрагменты, способные передать биологическую активность, которую мы хотели заложить на стадии задумки, – рассказывает Алексей Владимирович.

Не всегда задумка оказывается удачной. Как известно, 1+1 в математике равняется 2, на практике же это может оказаться 0 (в результате взаимоисключающего действия различных фрагментов молекулы), а иногда это и вовсе 4 (различные фрагменты усиливают друг друга, предавая конченому веществу какое-то уникальное свойство). В результате желаемый результат может быть достигнут только при усердной работе.

После получения нового вещества сотрудники лаборатории должны установить и подтвердить его химическую структуру. Для этого они используют современное оборудование факультета. «Также наша кафедра работает совместно с Институтом органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, где, используя такой метод, как ядерно-магнитный резонанс, нами осуществляется окончательное подтверждение предложенной структуры. В более сложных случаях мы прибегаем к помощи сотрудников лаборатории нелинейной оптики химического факультета МГУ, которые, используя метод рентгеноструктурного анализа, по сути, получают «фотографию» молекулы», – отмечает собеседник.

После того, как ученым удается установить структуру, они могут предложить институту рака проверить ее на биологическую активность. Тот, в свою очередь, выбирает ключевые структуры, которые его интересуют.

Результаты лаборатории – успех университета

Существует такая зависимость: если вещество активно более чем в 10 раз по сравнению с существующим лекарственным аппаратом, то имеет смысл продолжать исследование. Но если препарат не настолько активен, то для дальнейших разработок он должен либо позволять лечить больных, у которых есть побочные заболевания, либо быть в разы дешевле. Необходимо отметить, подчеркивает доцент Еремкин, вещества, полученные в лаборатории кафедры органической и фармацевтической химии, высокоактивны. С 2001 года таких веществ было обнаружено два-три. По этим результатам была защищена докторская диссертация по фармацевтическим наукам профессором В.П. Шевердовым.

В Чувашии долгое время не было высшего фармацевтического образования, – делится Алексей Владимирович. – Существовала фармацевтическая школа, которая в 60-х годах готовила специалистов для фарминдустрии. Затем фармацевтов начали готовить в медицинском колледже г. Чебоксары. Руководство Чувашского госуниверситета поставило цель создать в республике центр высшего фармацевтического образования. Открыть это направление не получалось длительное время, так как одним из лицензионных требований было наличие в университете доктора фармацевтических наук. После получения степени доктора наук В.П. Шевердовым и при объединении усилий медицинского и химико-фармацевтического факультетов университет успешно прошел лицензирование по фармацевтическому направлению и сейчас начал активно готовить специалистов, вовлекая их в научную деятельность.

Все начинается с «вулканчиков»

На химико-фармацевтическом факультете каждый курс обучения посвящен своему направлению: неорганической химии, аналитической химии, органической химии, физической химии. Каждый преподаватель пытается заинтересовать своих студентов, привить им любовь к предмету.

– Все начинается с традиционного «вулканчика» в рамках неорганической химии, – рассказывает Алексей Владимирович. – На курсе аналитической химии студенты убеждаются в прикладном характере химии, измеряя содержания тех или иных веществ, например, кофеина в чае, а на «органике» (органическая химия – ред.) особой популярностью пользуется спецкурс «Химия природных соединений», который читает доцент   П.И. Федоров. В ходе выполнения лабораторных работ по этому курсу студенты получают различные пахучие вещества, например, с фруктовым запахом, лимонным или ароматом орхидеи.

А простейшая проверка на биологическую активность осуществляется так: в чашке засеивается культура, например, стафилококка, и если вещество, полученное студентом после долгих манипуляций с пробирками, убило все в этой чашечке, это очень приятно, так как означает, что твое вещество антибактериальное.

– Полученные своими руками результаты радуют учащихся, побуждают их к дальнейшим свершениям, – отмечает А.В. Еремкин.

Преемственность поколений

Химико-фармацевтический факультет одним из первых в нашем университете начал обучение по уровневой системе: бакалавриат и магистратура. В связи с этим возникла преемственность поколений, то есть на факультете есть подготовленные магистры, которые ведут исследования уже не первый год, они постепенно начинают руководить своими помощниками-бакалаврами и на ранних стадиях вовлекают их в науку. Магистрам же помогает аспирант, поэтому как на факультете, так и на кафедрах складываются дружеские коллективы. На кафедре органической и фармацевтической химии обучаются около 10 магистров и 4 аспиранта. Каждый из них занимается наукой совместно с одним и более студентом-«дипломником».

– У сотрудников кафедры, а значит и лаборатории, имеется большое количество публикаций, в том числе и международных, выиграно несколько грантов. Уверен, что все это поможет развивать фармацевтическое направление в республике и в будущем, – отмечает доцент А.В. Еремкин.

Сюзанна СКВОРЦОВА.