Под руководством д.ф.-м.н. А. В. Юрковской Лаборатория фотохимических радикальных реакций проводит исследования в двух ключевых областях: (i) изучение механизмов реакций, структуры, реакционной способности и динамики короткоживущих радикальных частиц в биологически значимых молекулах; (ii) разработка методов создания и применения ядерной спиновой гиперполяризации. Для этого применяются методы ядерного магнитного резонанса с высоким спектральным разрешением в сочетании с инициирующими электромагнитным или химическим воздействием на изучаемую систему, позволяющие с микросекундным и атомарным разрешением анализировать реакционную способность молекул, а также спиновую динамику, гиперполяризацию и процессы релаксации магнитных ядер.
Лаборатория фотохимических радикальных реакций совместно с Лабораторией теоретической спиновой химии (ЛТСХ) занимается исследованиями спиновой динамики и механизмов создания ядерной спиновой гиперполяризации. Основное внимание уделяется разработке эффективных импульсных последовательностей и оптимизации внешних условий (магнитное поле, частоты и амплитуды резонансных радиочастотных импульсов и т.п.) для создания и сохранения гиперполяризации в долгоживущих спиновых состояниях. Основными методами создания гиперполяризации являются химически индуцированная поляризация ядер (CIDNP) и индуцированная параводородом поляризация (PHIP, ODIP, SABRE), позволяющие значительно повысить чувствительность ЯМР-спектроскопии и магнитно-резонансной томографии.
Для этих исследований в 2016 году в лаборатории была создана специализированная установка на базе коммерческого ЯМР-спектрометра, обеспечивающая проведение экспериментов в ультрашироком диапазоне магнитных полей — от 10 нТл (сверхслабые поля) до 9,4 Тл. Установка позволяет быстро переключать внешнее магнитное поле, действующее на образец, сохраняя высокое спектральное разрешение спектров ЯМР, что дает возможность управлять параметрами спиновой динамики, критичными для эффективного переноса гиперполяризации. Измерение времени релаксации ядерных спинов позволяет количественно оценивать стабильность и долговечность гиперполяризации и оптимизировать условия эксперимента для разных субстратов.
Кроме того, эта разработка дала возможность оценить эффективность новых контрастных агентов для МРТ, что является важным шагом к созданию биосовместимых контрастных и терапевтических препаратов нового поколения. Полученные результаты позволяют разрабатывать соединения с направленным действием в состоянии с повышенной чувствительностью в МРТ, что открывает путь к созданию более безопасных и доступных средств для медицинской диагностики.
Второе направление исследований посвящено изучению механизмов реакций с участием короткоживущих (5-100 μs) промежуточных радикалов в биологически значимых молекулах, а также их структуры и свойств. Для этого используются импульсные лазеры, позволяющие инициировать химические реакции непосредственно в датчике ЯМР-спектрометра, а также методы импульсного ЯМР высокого разрешения для детектирования продуктов реакции, что позволяет исследовать влияние магнитных ядер на скорость и выход продуктов химических реакций. Применение высокочувствительного метода химической поляризации ядер (ХПЯ) позволяет изучать радикальные интермедиаты биохимических процессов в условиях, приближённых к физиологическим. Кроме того, измерение релаксационных свойств спинов магнитных ядер даёт возможность отслеживать взаимодействие этих интермедиатов с биологически активными макромолекулами. Ярким примером данного направления служит исследование взаимодействия малых биомолекул — метаболитов — с белками, что открывает пути для оценки их влияния на клеточные процессы и метаболизм. В частности, ЯМР-исследование метаболитов позволило выявить их роль в защите клеток от повреждений ДНК, вызванных ионизирующим и ультрафиолетовым излучением, химическими мутагенами или активными формами кислорода, существенно влияющими на скорость старения организма. Этот подход также позволяет анализировать биохимические процессы в таких тканях, как хрусталик глаза, что важно для понимания механизма развития катаракты.
https://scfh.ru/papers/takoy-chuvstvitelniy-yamr/
