Jaunā molekulāri imprintēta polimēra sintēze un pielietošana kateholamīnu un to metabolītu selektīvai cietfāzes ekstrakcijai

Projekta nosaukums latviski: Jaunā molekulāri imprintēta polimēra sintēze un pielietošana kateholamīnu un to metabolītu selektīvai cietfāzes ekstrakcijai

Projekta nosaukums angliski: Synthesis and application of novel molecularly imprinted polymer for selective solid-phase extraction of catecholamines and their metabolites

Projekta numurs: lzp-2022/1-0141

Projekta īstenotājs: Latvijas Universitāte (LU)

Projekta vadītājs: Antons Podjava

Projekta īstenošanas vadošā iestāde LU ir Medicīnas un dzīvības zinātņu fakultāte

Projekta īstenošanas periods: 01.01.2023. – 31.12.2025.

Projekta kopējais finansējums: 300 000 EUR

Plānotie projekta rezultāti:

• divu zinātnisko publikāciju iesniegšana Web of Science Core Collection vai SCOPUS datubāzēs iekļautajos žurnālos vai konferenču rakstu krājumos;
• projektā iegūtie dati tiks prezentēti četrās konferencēs;
• sorbenta prototipa īpašību un pielietošanas procedūras apraksts.

Zinātniskā grupa: Antons Podjava (Dr. Chem., projekta vadītājs), Jorens Kviesis (Dr. Chem., galvenais izpildītājs), Artūrs Šilaks (MChem., izpildītājs-studējošais), Valda Valkovska (MChem., izpildītājs-studējošais), Laura Bernāte (BSc, izpildītājs-studējošais)

Informācija par projektu Kateholamīni un to metabolīti (KA) ir endogēnie savienojumi, kuriem ir liela nozīme feohromocitomas un līdzīgo audzēju diagnostikā. Šo savienojumu noteikšanai bioloģiskajos šķidrumos nepieciešams izmantot darbietilpīgas parauga sagatavošanas procedūras un jutīgas detektēšanas metodes. Tāpēc, jauno selektīvo paraugu apstrādes materiālu ieviešanai klīniskās analīzes praksē ir liels pieprasījums. Tādējādi, šī projekta mērķis ir izstrādāt jaunā molekulāri-imprintēta sorbenta prototipu vienlaicīgai KA izdalīšanai un attīrīšanai no plazmas un piedāvāt cietfāzes ekstrakcijas-AEŠH-MS/MS procedūru, kas atbilst bioanalītiskās metodes validācijas prasībām. Projekta gaitā plānots iegūt materiālu ar tādām fizikāli-ķīmiskām īpašībām, kas ļautu selektīvi attīrīt KA no citiem asins komponentiem. Materiālam jādemonstrē augsta adsorbcijas kapacitāte, stabilitāte un jāatbilst prasībām integrēšanai automatizētajā analīzē.

Projekta ietvaros iegūto rezultātu pārskats par laika posmu 01.01.2023. – 30.06.2024.

Projekta realizācijas laikā tika piedāvātas un izmēģinātas trīs dažādas vēlamo sorbentu sintēzes shēmas. Divas no tām tika atzītas par neatbilstošām dažādu ķīmisko problēmu dēļ. Savukārt, trešā sintēzes shēma, kas ietver sevī vienkārši sintezējamas izejvielas un prasa mazāk resursu polimēru sintēzei, tika izvēlēta tālākai projekta gaitai. Metodes pamatā ir tādu anjonu apmaiņas saišu izveide polimēra struktūrā, kur būtu iespējamas gan kateholamīnu, gan to metabolītu stipras mijiedarbības ar polimēra virsmu, kas nodrošinās adsorbciju no ūdens šķīdumiem. Šīs metodes ietvaros sekmīgi realizēta visu nepieciešamo funkcionālo monomēru/šablona molekulu sintēze, un iegūtās vielas tika izmantotas molekulāri imprintēto polimēru iegūšanas apstākļu izstrādei. Pārbaudīta funkcionālo monomēru/šablona molekulu un šķērssaišu veidošanas reaģenta attiecības, kā arī poru veidojošā šķīdinātāja ietekme uz iegūto polimēru spēju adsorbēt kateholamīnus un to metabolītus no ūdens un ūdens/acetonitrila (1:4) maisījumiem cietfāzes ekstrakcijas apstākļos. Lietojot šajos eksperimentos aprēķinātas atgūstamības un imprintinga faktora vērtības, tika izvēlēts labākais polimerizācijas maisījuma sastāvs un poru veidojošais šķīdinātājs turpmākai citu polimerizācijas apstākļu piemeklēšanai. Minētajos eksperimentos tika konstatēts, ka lielākai iegūto polimēru daļai ir pietiekama ūdens caurlaidība, kas norāda uz tiešo saderību ar bioloģiskiem paraugiem. Turklāt, apmierinošās atgūstamības vērtības visām analizējamām vielām neatkarīgi no parauga šķīdinātāja apstiprina izvēlētās polimēru iegūšanas metodes potenciālu un ļauj turpināt projektu, kā iepriekš plānots.

Visi iegūtie polimēri raksturoti ar Furjē infrasarkanās spektroskopijas un skenējošas mikroskopijas metodēm. Veikta izvēlēto polimēru adsorbcijas kapacitātes noteikšana attiecībā uz reprezentatīviem kateholamīnu metabolītiem (normetanefrīns un vanililmandeļskābe) ūdens šķīdumos, izmantojot adsorbcijas izotermu konstruēšanu un matemātisko apstrādi. Iegūto adsorbcijas izotermu aprakstam ir pielāgoti zināmi adsorbcijas modeļi. Ņemot vērā iegūtos adsorbcijas izotermu datus, piedāvāts abu pētāmo savienojumu adsorbcijas mehānisms uz izvēlētajiem polimēriem.

Projektā iegūtie rezultāti ir prezentēti šādās konferencēs:

1. A.Šilaks, A. Podjava. Synthesis and Use of Novel Molecularly Imprinted Polymers for Selective Extraction of Catecholamines and Their Metabolites. 81st International Scientific Conference of the University of Latvia, Organic Chemistry Session (17.03.2023, Riga, Latvia). (Mutisks ziņojums).
2. A.Šilaks, A. Podjava. Synthesis and Use of Bifunctional Non-Covalent Molecularly Imprinted Polymers (MIPs) for Selective Extraction of Catecholamines and Their Metabolites. 82nd International Scientific Conference of the University of Latvia, Organic Chemistry Session (15.03.2024, Riga, Latvia). (Mutisks ziņojums).
3. A. Šilaks. Bifunkcionālu nekovalentu imprintētu polimēru sintēze un to pielietošana selektīvai kateholamīnu un to metabolītu cietfāzes ekstrakcijai. RTU 65th Student Scientific and Technilcal Conference (Section: Chemistry and Chemical Technology) (26.04.2024, Riga, Latvia). (Mutisks ziņojums).
4. A. Podjava, A. Šilaks, L. Bernāte, J. Kviesis, V. Valkovska. Synthesis of Bifunctional Non-Covalent Molecularly Imprinted Polymers (MIPs) for Selective Extraction of Catecholamines and Their Metabolites. 40th International Symposium on Microscale Separations and Bioanalysis (19.05.-22.05.2024, Brno, Czech Republic). (Stenda referāts).

Kvalifikācijas darbs, kas izpildīts projekta realizācijas laikā:

L. Bernāte. “Kateholamīnu un to metabolītu selektīvai cietfāzes ekstrakcijai paredzēto molekulāri imprintēto polimēru adsorbcijas īpašību raksturojums”. Maģistra darbs. Aizstāvēts 06.06.2024., Rīga.

Populārzinātniskie pasākumi:

Informācija par projektu prezentēta populārzinātniskajā pasākumā “Eiropas Zinātnieku nakts 2023”, kas norisinājās 29.09.2023. LU Dabaszinātņu akadēmiskajā centrā.