Китайские химики синтезировали молекулу, способную выводить уран из костей и почек в шесть раз эффективнее известных препаратов. В результате экспериментов ученые обнаружили, что комплексующий агент почти полностью (99,5 процентов) вымывал уран из клеток в лабораторных условиях, а степень выведения из живого организма оказалась ниже лишь на десять процентов и не зависела от времени начала терапии. Кроме того, вещество можно вводить перорально, а его токсичность оказалась не выше, чем у существующих препаратов. Исследование опубликовано в Nature Communications.
Уран является одним из важнейших природных актиноидов и широко используется в атомной энергетике. Однако из-за радиоактивности и токсичности соединений этого элемента его считают опаснейшим загрязнителем окружающей среды. В организм человека уран может попадать через воздух, пищу или воду, также он может сорбироваться в ранах. Примерно две трети урана выводятся организмом, а оставшаяся часть откладывается в почках и костной ткани в форме шестивалентного уранил-иона (UO22+). В костях ион переходит в нерастворимый уранилфосфат. Наличие токсичного актиноида в организме может приводить к хроническому повреждению почек и повышает риск развития болезней костей и рака.
Чтобы этого не допустить, пациенту вводят хелатирующие агенты, способные селективно образовать с ураном растворимое соединение и ускорить его выведение из тела. Например, американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) рекомендует вводить кальцево-натриевую (цинково-натриевую) соль диэтилентриамина или соду при отравлении ураном, однако эти вещества недостаточно полно извлекают опасный элемент — их гидрофильность не позволяет пройти через клеточные стенки. При этом молекулы, в состав которых входят гидроксипиридиноксидные участки, способны лучше проникать в клетки и связывать уранил-ионы. Однако внутримолекулярные водородные связи снижают электронную плотность над атомами кислорода, с которыми координируется уранил-ион.
Сяомэй Ван (Xiaomei Wang) с коллегами из университета Сучжоу синтезировали гидроксипиридиноксид-содержащий лиганд с дополнительной метильной группой и проверили способность к извлечению уранил-иона из костей мышей. С помощью теоретических расчетов авторы работы определили оптимальную структуру молекулы, синтезировали ее и проверили эффективность связывания с уранилом и его выведения in vitro и in vivo. Авторы работы сравнили действие нового вещества с цинково-натриевой солью диэтилентриамина (одним из рекомендованных FDA препаратов), а также разработанным ранее похожим гидроксипиридиноксид-содержащим лигандом.
Введением дополнительной метильной группы ученые добились понижения влияния внутримолекулярных водородных связей, тем самым существенно повысив эффективность комплексообразования. Комбинацией методов аналитической химии и расчетами ученые продемонстрировали механизм образования комплексного соединения.
Вещество оказалось способным снижать уровень урана в почках и костях мышей даже при оральном введении, а время начала терапии после попадания токсичного элемента не повлияло на эффективность его извлечения. По сравнению с существующими солями, новое соединение обладает схожим уровнем токсичности, но на 87 процентов лучше in vivo выводит уранил-ион из клеток, in vitro на 40 процентов из почек и на 30 процентов лучше из костей. Введение метильной группы в шесть раз увеличило эффективность выведения урана из организма по сравнению с аналогичным соединением.