С 10 по 15 июля 2022 года в Мадриде состоялась 12-я Международная конференция по химии порфиринов и фталоцианинов (ICPP-12). Новые лекарства от рака, преобразование солнечной энергии, элементная база квантовых компьютеров – вот далеко не полный перечень направлений исследований в данной области химии. О работе конференции, ее целях и российском участии рассказывает главный научный сотрудник ИОНХ РАН и ИФХЭ РАН, д.х.н., профессор РАН, академик РАН Юлия Горбунова.

Юлия Германовна, что такое химия порфиринов и фталоцианинов и почему по ней проводится отдельная конференция?

Порфирины – это распространенные в живой природе соединения. Самыми известными представителями порфиринов являются хлорофилл и гем крови, ответственные за фотосинтез в растениях и перенос кислорода в живых организмах. Уже больше 100 лет химии этих соединений – как природных, так и их синтетических аналогов – уделяется очень много внимания, потому что, во-первых, они позволяют создавать природоподобные технологии, с помощью которых можно, например, превращать солнечную энергии в электрическую или утилизировать углекислый газ. Во-вторых, на основе синтетических соединений, аналогов порфиринов, создано множество биомедицинских приложений, например, фотодинамическая терапия онкологических заболеваний, когда в организм вводятся фотоактивные вещества на основе порфиринов – фотосенсибилизаторы, – и после облучения лазером определенной длины волны они убивают раковые клетки, в которых накапливаются. Девять нобелевских премий связаны с химией, физикой или биологией производных порфиринов.

Что касается близких к порфиринам по строению фталоцианинов, то это, пожалуй, самые массово выпускаемые промышленностью органические вещества, не считая полимеров. Традиционно их используют в качестве синего красителя: ими окрашены, например, синие джинсы, они содержатся в синих чернилах для ручек и принтеров. Но сейчас у этих соединений очень много других, более современных приложений: их используют в качестве полупроводников, сенсоров, молекулярных магнетиков, электрохромных материалов, компонентов для нелинейной оптики и т.д. В мире лавинообразно увеличивается количество информации, которую нужно где-то хранить и как-то обрабатывать, поэтому важность разработки веществ, которые послужат элементной базой для перспективных информационных технологий, трудно переоценить. Без синтеза и изучения магнитных свойств таких соединений сложно представить, например, будущий квантовый компьютер.

Новые противораковые и антибактериальные препараты, более эффективное превращение солнечной энергии в электрическую, элементная база квантовых компьютеров – это три направления, определяющие завтрашний день человечества. Они во многом обеспечивают устойчивое развитие общества.

Как была организована работа конференции и какие вопросы на ней обсуждались?

Конференция тематически состояла из 32-х симпозиумов, посвященных различным темам. Например, одним из главных был симпозиум по синтезу новых соединений. Большая секция была посвящена катализу и фотокатализу на их основе. Были секции по природным соединениям, потому что до сих пор очень многие специалисты работают именно с природными порфиринами, проявляющими свойства ферментов. Эти соединения выделяют как из растений, так и из крови животных. На их основе получен ряд противораковых препаратов.

Очень много симпозиумов объединялись общей темой «Порфириноиды для здоровья». Отдельно проводился целый ряд симпозиумов по фотодинамической антимикробной терапии. После пандемии COVID-19 это стало темой номер один, потому что люди очень часто умирали не столько от вируса, сколько от внутрибольничной бактериальной инфекции, с которой очень сложно бороться. В некотором смысле эта проблема сейчас стала более острой, чем даже онкология. И эти соединения помогают решить ее.

Каковы в целом тенденции, которые выявила конференция в данном направлении химии?

Я на эту конференцию езжу с 2000 года, она проходит раз в два года, и в целом тенденция такова, что если раньше в основном она была чисто химической, на ней обсуждалось, как синтезировать соединения, получать их в чистом виде, изучать их свойства, то сейчас очень много материаловедческих работ переходит в плоскость конкретных применений: что с новым соединением делать, как его инкорпорировать в структуру материала, как его превратить в активный элемент, если речь идет, к примеру, о сенсорах. То есть теперь говорят не о получении вещества в колбочке, а о создании на его основе какого-то устройства. Если это лекарственный препарат, то нужна достаточно большая работа по приведению его в медицинскую форму. Очень много исследований проводится по адресной доставке этих веществ, получению полифункциональных соединений, которые могут использоваться одновременно для диагностики и терапии, – это то, что сейчас называется тераностикой. Конференция стала мультидисциплинарной. Если поначалу на этих конференциях собирались в основном химики, то сейчас приезжает много физиков, биологов, медиков.

Каковы успехи российских ученых в этой области?

У российской науки в этой области традиционно сильные позиции. Еще в советское время сформировались сильные школы в Москве, в Иваново, в Ленинграде, в Белоруссии, с которой мы активно сотрудничаем. Есть, например, несколько российских препаратов для фотодинамической терапии рака, официально применяемых сегодня в клиниках. Если же говорить в целом, то эта область химии, конечно, очень широкая, в ней, как я говорила, много направлений – и по некоторым из них российская наука сегодня занимает передовые позиции. Например, в Ивановском государственном химико-технологическом университете продолжают успешно заниматься выделением и исследованием природных порфиринов и одновременно изучают химию новых аналогов порфиринов – порфиразинов. Я, например, уже много лет в рамках ICPP организую симпозиум по химии и материалам на основе соединений с лантанидами, и в этом небольшом направлении большой химии, можно сказать, что мы лидируем в мире.

Расскажите об этом направлении подробнее.

Симпозиум, который я организовывала и проводила совместно с профессором РАН Дмитрием Конаревым из ИПХФ РАН в Черноголовке, назывался «Парамагнитные полипирролы, включая комплексы лантанидов». Акцент на этом симпозиуме был сделан на новые молекулярные магнетики, которые в том числе могут стать элементной базой будущих квантовых компьютеров.

Комплексы лантанидов с порфириноидами характеризуются особой структурой, которая, с одной стороны, позволяет рассматривать эти соединения как самые перспективные для создания мономолекулярных магнитов, когда магнитные свойства определяются не в целом веществом, а одной молекулой, а это позволяет в качестве элемента записи информации использовать одну молекулу, что как раз и нужно для создания тех самых квантовых компьютеров, о которых сейчас так много говорят.

Если продолжать разговор о соединениях лантанидов то, например, мы сейчас с Международным томографическим центром Сибирского отделения РАН в рамках крупного проекта «Фундаментальные основы спиновых технологий и направленного конструирования «умных» полифункциональных материалов для спинтроники и молекулярной электроники», разрабатываем новые контрастные агенты для томографии. Сегодня магнитная томография использует комплексы на основе лантанида – гадолиния. В принципе, магнитная томография с комплексами гадолиния используется по всему миру, препараты есть, но сам гадолиний очень токсичен, и поэтому стоит задача создать соединения, в котором он будет более прочно связан, чтобы уменьшить побочный токсический эффект от томографии.

А вообще структура этих соединений отличается тем, что они очень богаты электронами, очень устойчивы химически и термически и очень легко могут обратимо менять свое электронное строение, изменяя при этом очень наглядно цвет: допустим, с зеленого на красный, или свою электропроводность. И это свойство положено в разработку целого ряда переключаемых сенсорных систем. Например, много лет назад я начала сотрудничать с Университетом Вальядолида в проекте создания так называемого электронного носа и электронного языка, способных столь тонко анализировать «запах» и «вкус», что на их основе создаются датчики по анализу оливкового масла и вина. На этой конференции выступали европейские коллеги, которые до сих пор работают с нашими веществами и, например, сделали на их основе датчик анализа качества молока.

У нас и у наших российских коллег много международных контактов в этой области, были и продолжаются интересные проекты. Например, мы работаем с технологическим центром Университета Родса из Южной Африки. У нас сейчас идет проект по катализу с Университетом Лиона во Франции. Мы синтезируем катализаторы, а коллеги во Франции изучают, как они ведут себя в органических реакциях, важных для фармацевтики. Это перспективная область химии, которая позволяет проводить химические реакции быстро, экономно и экологично. В общем, мы активно включены в международное научное сообщество со своим опытом и умением.

Если говорить о международном сотрудничестве, то как влияет на него политическая обстановка?

На самой конференции обстановка была сугубо научная и очень благожелательная. Людей приехало очень много, в том числе молодежи, из разных стран, и дружественных, и недружественных, но на уровне личных контактов между учеными ни один человек на конференции лично со мной политику не обсуждал. Ученые – это особая среда, где люди разговаривают на языке науки и все остальное отходит на второй план.

Однако в целом ситуация с международным научным сотрудничеством сейчас, конечно, сложная. Когда мы говорим о человеческих контактах между учеными, то здесь проблем не возникает, но когда дело касается официальных каналов, проектов и связей на уровне руководства университетов, то сложности, конечно, есть. Как я уже говорила, у нас сейчас идет проект с французами и его никто не останавливает, но новых проектов университет начинать пока не будет. Насколько я знаю, и у других коллег ситуация приблизительно такая же. На государственном уровне, на уровне чиновников и руководства многих западных университетов есть временное ограничение на сотрудничество с Россией, хотя ученые продолжают вместе работать, писать статьи и совместно публиковаться.

Наша задача – сохранить научные контакты. Очень надеемся, что наши многолетние личные научные связи позволят сохранить международное сотрудничество и в будущем восстановить его на официальном уровне.

Для справки:

12-я Международная конференция по порфиринам и фталоцианинам является очередной в ряду конференций, проводимых раз в два года Международным обществом порфиринов и фталоцианинов с 2000 г. Предыдущие конференции проходили во Франции, Японии, США, Италии, Корее, Китае, Германии. 5-я конференция прошла в 2008 году в Москве. Российская академия наук была ее со-организатором. Традиционно научная тематика конференции посвящена вопросам синтеза, свойств и применения природных и синтетических тетрапирролов, как основы новых материалов и медицинских препаратов. В работе конференции в этом году приняли участие более 600 ученых из 33 стран, в числе которых и 11 представителей Российской академии наук и университетов Москвы, Иваново и Черноголовки. Российские участники выступили как организаторы и председатели трех симпозиумов и как приглашенные докладчики, а аспиранты, студенты и молодые сотрудники представили стендовые доклады.

Редакция сайта РАН