Химики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» разработали два новых способа получения модернизированных полисахаридов с антикоагулянтными свойствами. Замена токсичных реагентов кислотами сделает метод сульфатирования полисахаридов эффективнее и безопаснее для окружающей среды. Результаты исследования опубликованы в международном сборнике конференций Software Engineering Perspectives in Intelligent Systems и журнале Journal of Molecular Modeling.
Изображение гуаровой камеди (слева) и сульфатированной гуаровой камеди (справа),
Полисахариды галактоманнаны, к которым относится гуаровая камедь, – полимерные производные сложных углеводов, состоящие из галактозы и маннозы. Эти нетоксичные соединения широко используются в качестве пищевых добавок, стабилизаторов, флокулянтов, загустителей и гелеобразователей. Фармакологические исследования показали, что галактоманнаны и соединения на их основе обладают гепатопротекторным, обезболивающим и антикоагулянтными свойствами. Особо перспективными для биомедицины считают сульфатные производные галактоманнов, поскольку встраивание сульфатной группы в молекулу биополимера увеличивает его биоразлагаемость и растворимость в воде. Однако при химической модификации галактоманнов используют токсичные и агрессивные вещества, загрязняющие окружающую среду.
Химики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» совместно с зарубежными коллегами модифицировали процедуру получения сульфатированных полисахаридов двумя различными способами, сделав ее более безопасной. В первом варианте методики учёные заменили агрессивные растворители и реагенты на сульфаминовую кислоту и мочевину, во втором – на хлорсульфоновую кислоту с диоксаном. Ученые обнаружили сульфатирующие комплексы, обладающие необходимой реакционной способностью для получения новых сульфатированных производных галактоманнанов.
Ученые использовали образцы пищевого галактоманнана – гуаровой камеди, полученные из бобовых травянистых растений, в частности горохового дерева. Они отличаются большой молекулярной массой и особым соотношением галактозы и маннозы. Как отмечают ученые, источник растений и содержание сахаров важны. Именно они отвечают за растворимость полисахаридов в воде и потенциал их использования в качестве биологически активного вещества. Добавление в структуру молекулы полисахарида сульфатной группы увеличивает водорастворимость вещества и активирует в нем антикоагулянтные свойства. По словам исследователей, благодаря этому полисахарид может снижать свертываемость крови и использоваться для профилактики тромбозов.
Казаченко Александр Сергеевич, кандидат химических наук, научный сотрудник Института химии и химической технологии Красноярского
Химики искали эффективные способы получения сульфатированных полисахаридов. Для этого они опробовали различные реагенты, которые обладают похожими свойствами и хороши для получения целевого вещества. Такими оказались хлорсульфоновая и сульфаминовая кислоты. Однако выигрыш в экологичности и количестве получаемого материала привел к потере в скорости реакции. Более безопасным ученые признали относительно медленный метод с сульфаминовой кислотой. Хлорсульфоновая кислота представляет бо՛льшую опасность, но при этом она более реакционно способная, и реакция с ней протекает быстрее.
«Полисахариды высших растений, в том числе галактоманнаны, безвредны для организма человека и обладают иммуномодулирующими свойствами. Сульфатированные производные таких галактоманнанов могут быть использованы в фармацевтике как потенциальные антиоксиданты, противовирусные препараты и новый класс антикоагулянтов. Целью нашей работы была оптимизация процесса сульфатирования галактоманнана. Разработанные методы безвредны, в отличие от традиционных. Мы получаем такое же биологическое вещество, как и раньше, но при этом не используем каких-то токсичных, коррозионных веществ, которые влияют на окружающую среду. Это является важным шагом на пути к экологической безопасности этого химического процесса. Однако из-за того, что на новые методы уходит много времени, перед нами стоит новая задача – найти баланс между скоростью и безопасностью реакции», — рассказал Александр Казаченко, кандидат химических наук, научный сотрудник Института химии и химической технологии Красноярского научного центра СО РАН.
Ученый отметил, что безопасные методы будут полезны для дальнейшего масштабирования процесса в крупных объёмах. Особенно многообещающей выглядит дальнейшая модификация сульфатов полисахаридов в средства адресной доставки лекарств в клетки организма. В планах красноярских химиков провести такую работу.
Исследование поддержано грантом Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-33-70256).
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук»
