圣彼得堡国立大学的科学家们合成了将荧光染料附着于活细胞分子的新试剂
圣彼得堡大学的化学家和生物学家研发了基于杂环烃的新试剂，它能使荧光标签可靠而安全地附着在生物分子上。所创造的物质将有助于对生物体细胞和组织中发生的过程进行可视化，并实时研究其动态。
含有绿色荧光标签的环壬烯的应用，并通过荧光显微镜进对HEK293癌细胞的叠氮聚糖（A）和叠氮DNA（B）进行诱变和可视化
研究结果发表在 Journal of the American Chemical Society杂志上。
为了使生物成像获得成功，荧光标签和选定的分子必须安全地 "交联 "起来。为此使用了特殊的化学反应。据圣彼得堡国立大学有机化学教研室副教授，化学副教授娜塔莉亚·丹尼尔金娜所说，如今需求量最大、最平衡的是SPAAC反应（strain-promoted azide-alkyne cycloaddition）。它们能使特殊的试剂，即含有染料标签的环炔烃烃直接在细胞内附着在经过叠氮基团变型的生物聚合物分子上。
SPAAC是一种双正交的点击反应，即能够在活体细胞中发生的反应，但不会对其造成伤害，而且本身也不受生命系统的影响。
圣彼得堡国立大学有机化学教研室副教授，化学副博士娜塔莉亚·丹尼尔金娜
"这种反应不需要使用有毒的铜催化剂，也不会产生副产品。SPAAC反应对进行生物实验极为重要。通过这种方式，可以研究活细胞的生理学和发生在它们身上的过程，并确定细胞转化为肿瘤细胞的倾向”，研究人员解释说。
正如娜塔莉亚·丹尼尔金娜所指出的，市场上已经有几种基于环炔烃的试剂，这是一种具备封闭的碳原子循环的分子，循环内有三重碳-碳键。然而，圣彼得堡国立大学的科学家们在化学院院长伊琳娜·巴洛娃博士的领导下，已经成功地合成了全新的试剂。它们的显著特点是容易获得，并且在SPAAC反应特性和稳定性（即对环境和其他试剂的稳定性）之间达到最佳平衡。
这项工作分几个阶段进行。最初，研究人员创造了一种生产环炔烃的特殊合成方法。通过这种方法可以轻松设计和合成一系列具有不同循环大小（从八个到十个原子）和特殊结构元素的分子，即杂环和环炔烃中的杂原子（除碳或氢之外的任何原子）。这些因素对于调整SPAAC的活跃性和稳定性之间的平衡非常重要。
紧接着，圣彼得堡国立大学的化学家通过动力学研究以及量子化学计算的方式，对合成物的反应特性和稳定性进行了研究。
研究工作在圣彼得堡国立大学科技园中进行，包括计算中心，以及其他资源中心，比如 "物质成分分析方法中心"、"磁共振研究方法 中心"和 "X射线衍射研究方法中心 "等。
据娜塔莉亚·丹尼尔金娜介绍，实验和计算对于弄清具有九个原子循环的化合物的非典型反应特性起到了帮助。
通常情况下，周期越大，反应性越低，化合物的稳定性越高。在我们的案例中，稳定性确实不同：八元循环由于其不稳定性而无法进行工作，但是九元循环就很稳定。
圣彼得堡国立大学有机化学教研室副教授娜塔莉亚·丹尼尔金娜副博士
"但是八元和九元循环的反应特性几乎是相同的"，该研究人员解释说。
在这些数据的基础上，圣彼得堡国立大学的科学家们得出结论，包含由9个原子组成的的杂环炔烃的杂环是最适合SPAAC的试剂组。正如娜塔莉亚·丹尼尔金娜所说，这些化合物在稳定性和反应性之间具有最佳的平衡。而与八个原子循环的化合物（环辛烷）太不稳定，十个原子的物质（环癸烷）又是惰性的。
在最后阶段，圣彼得堡国立大学的研究人员研发了一种将荧光染料附着在一组新试剂上的方法，并进行了将所得化合物注入癌细胞生物分子的实验。这项研究是在圣彼得堡国立大学生物医学化学实验室进行的。实验确认了具有九元循环的环炔烃对SPAAC的有效性。据娜塔莉亚·丹尼尔金娜介绍，圣彼得堡国立大学的科学家已经可以将新试剂用于各个领域的研究。
研究小组目前正在对所获取的物质进行完善。"目前想要使用我们的试剂在细胞中发生反应需要八个小时。我们希望将这种反应特性降低到15分钟。我们正在测试所有可能的结构方案，以便在保留稳定性的同时提高反应性。我们正在寻找最有效的分子。我们还在选择将试剂与荧光染料和其他基团进行结合的最佳方式"，娜塔莉亚·丹尼尔金娜总结道。她补充说，在未来，研究人员计划为这项开发工作申请专利。
我们的工作完全符合俄罗斯联邦科学和技术发展计划以及圣彼得堡国立大学发展计划的优先领域，这些领域都与向个性化医疗和高科技医疗的转变有关。
研究团队负责人，圣彼得堡国立大学化学院院长，化学博士，伊琳娜·巴洛娃教授
"我们想到并合成的分子可用作生物学家和医学家的分子工具”，研究小组负责人、圣彼得堡国立大学化学院院长，化学博士，伊琳娜·巴洛娃教授说："它们能让这些科学家对疾病的分子机制进行研究，并找到有效的治疗方法。”
该研究得到了俄罗斯联邦财产基金会第20-03-00117号拨款和俄罗斯科学基金会第21-13-00218和19-73-10077号拨款的支持。