Как мы изучали адренохром

В этой истории расскажу о том, как мы в нашей научной лаборатории изучали адренохром.

Мы занимаемся биофотоникой (так исторически сложилось). Это значит, что мы изучаем действие света на биологические объекты (в основном клетки), разрабатываем методы исследования и разные интересные устройства в этой области.

Воздействовать светом на клетки - интересная идея, потому что управлять светом очень легко (с учётом современных достижений в лазерах, волоконной оптике, источниках света и т.д.). А значит, легко управлять местом и интенсивностью воздействия.

Однако далеко не все клетки чувствительны к свету. Даже наоборот, клетки со светочувствительными рецепторами - это редкость. Гораздо больше рецепторов, чувствительных к определённому веществу. Поэтому иногда используются вещества, которые под действием света превращаются в это самое вещество и активируют рецептор, запуская клеточный ответ.

Одна из наших первых работ была связана как раз с таким веществом. Это молекула адреналина, соединённая с так называемой защитной группой.

Защитная группа мешает молекуле активировать рецептор, но под действием света она отваливается. Остаётся обычный адреналин, который активирует рецептор. С помощью этого вещества мы, например, пытались исследовать активацию тромбоцитов.

Сама по себе схема не новая - подобные защитные группы уже применяли для других веществ, и хотя молекулу, показанную на картинке 1, раньше никто не описывал, были описаны аналогичные молекулы. Наша отличается наличием двух "хвостиков" -OMe, но это тоже не ново - такие кусочки применяли и раньше для сдвига спектра поглощения в более длинноволновую область.

Описаны подобные вещества были в далёком 1995 году, со статьёй можно ознакомиться по ссылке: https://doi.org/10.1016/1011-1344(94)07063-T И по тексту статьи кажется, что всё работает прекрасно, под действием света в образце выделяется адреналин...

Однако мы в лаборатории довольно быстро поняли, что не всё так просто. Сам по себе раствор адреналина выглядит прозрачным, так как максимум его поглощения находится в ультрафиолетовой области (280 нм). Вещество на картинке 1 тоже бесцветное (поглощает в области 340-380 нм). Однако после воздействия света раствор в пробирке становился розовым. Измерения показали, что максимум в спектре поглощения находится около 480 нм, и почти сразу у нас возника гипотеза, что это образуется адренохром.

Адренохром - это продукт окисления адреналина, который достаточно легко получается из него в лаборатории, а также образуется в организме. Ничего примечательного в этом соединении нет, кроме яркого цвета. Однако в массовой культуре адренохром прочно ассоциируется то ли с запрещёнными веществами, то ли с галлюцинациями, то ли вообще со средством, продлевающим жизнь. У этого есть несколько причин. Во-первых, в 1950-х годах была высказана так называемая "адренохромная гипотеза" о том, что шизофрения может вызываться адренохромом. Предпосылкой стало то, что адренохром якобы вызывает галлюцинации. Интересующиеся научным аспектом могут изучить относительно свежий обзор "The adrenochrome hypothesis of schizophrenia revisited" 2002 года, https://doi.org/10.1080/10298420290015827 .

В настоящее время адренохромная гипотеза шизофрении научно не признана, однако в 50-60е года XX века идея о психоделических свойствах адренохрома проникла в массовую культуру. Адренохром упоминается в книге "Страх и отвращение в Лас-Вегасе" американского писателя Хантера Томпсона, по которой позже сняли фильм.

Разумеется, и в книге, и в фильме факты об адренохроме не соответствуют действительности. Например, герои упоминают в разговоре, что адренохром можно получить только из свежих надпочечников человека, хорошо напугав его перед смертью. Несмотря на бредовый характер (автор книги много раз подтверждал, что выдумал весь этот диалог), идея до сих пор существует в виде теорий заговора: якобы элиты приобретают полученный таким образом адренохром для продления молодости. Разумеется, адренохром не имеет ничего общего с запрещёнными веществами и тем более не имеет омолаживающего эффекта - всё это миф, а получить его можно в простейшей реакции окисления адреналина.

Итак, перед нами встала задача исследовать процесс образования адренохрома в нашей реакции. Тут нужно сказать, что и сам адреналин под действием света окисляется, но это происходит гораздо медленнее. Поэтому возможно два объяснения:

• либо остатки защитной группы действуют как фотосенсибилизатор, то есть приводят к ускорению окисления адреналина в присутствии света,
• либо в процессе фотохимической диссоциации молекула как-то так скручивается, что от защитной группы "отваливается" сразу адренохром.

Забегая вперёд, мы не знаем, какой вариант правильный. Мы провели эксперимент, в котором к обычному адреналину добавляли вещество с аналогичной защитной группой, и образование адренохрома действительно ускорилось. И ещё показали образование синглетного кислорода (это признак, что идёт фотосенсибилизация). Это аргументы в пользу первого механизма. Но скорость выросла не так сильно, чтобы второй механизм можно было отбросить.

Ещё пару слов про статью 1995 года. По-видимому, авторы статьи не заметили образование адренохрома или же перепутали его с адреналином на хроматограмме (что вполне возможно). Чтобы убедиться, что дело не в отличии нашей молекулы (те самые хвостики -OMe), мы синтезировали ту самую молекулу, которая была описана в статье. И тоже увидели образование адренохрома под действием света.

Итак, нам удалось наблюдать нечто новое, чего ранее не было описано в научной литературе. Хотя кажется, что это достаточно мелкий результат, он может иметь значение для тех групп, которые разрабатывают подобные молекулы, предназначенные для генерации адреналина под действием света. А есть ли сейчас такие группы? Да, и даже несколько! Адреналиновые рецепторы имеют большое значение, именно на них нацелены лекарства для контроля кровяного давления (бета-блокаторы), а ещё спреи от заложенности носа и ингаляторы для снятия приступа бронхиальной астмы. Кроме того, близкие по структуре молекулы, например, допамин, тоже могут образовывать циклы, аналогичные адренохрому (они называются аминохромы).

Поэтому мы изложили свои результаты в виде статьи и отправили её в научный журнал. Довольно скоро пришёл ответ с просьбой подтвердить, что мы действительно видим адренохром, а не какой-то похожий хромофор. А ещё выделить адренохром в чистом виде из смеси после облучения образца.

Чтобы подтвердить структуру вещества, обычно используют метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и/или масс-спектрометрии. В методе ЯМР каждое вещество даёт несколько пиков, а так как у нас после реакции образуется сложная смесь, в спектре получился "лес", который невозможно интерпретировать. Удалось увидеть лишь следы адреналина, предварительно убрав остатки защитной группы с помощью растворителя, в котором адреналин не растворяется (хлороформа).

В масс-спектрометрии измеряется молекулярная масса отдельных молекул. Точнее, не самих молекул, а молекулярных ионов - в методе нужны заряженные частицы. Однако в процессе ионизации могут отлетать кусочки молекул, и в результате вместо адреналина с молекулярной массой 183 вполне можно "увидеть" лишь его кусочек с оторванной -OH группой (масса 166). Именно такие сложности преследовали нас, когда мы исследовали продукты методом ГХ-МС (газовая хроматография с масс-спектрометрией). Хотя там удалось зарегистрировать адренохром (масса 179), но только в одном образце из двух, и это было не очень убедительно. В результате нам помог метод жидкостной масс-спектрометрии, где происходит более бережная ионизация. Там не только было хорошо видно все массы продуктов (адреналин+H+ 184, адренохром + H+ 180 и другие), но и удалось измерить скорость образования этих продуктов. Кстати, оказалось, что оба продукта образуются одновременно, что как бы говорит в пользу второго механизма - что адренохром отваливается сразу от защитной группы, а не образуется потом из адреналина.

Выделить же адренохром в чистом виде из смеси оказалось несложно, вопрос лишь в количестве вещества. У нас в лаборатории есть жидкостный хроматограф - это как раз прибор для разделения смеси на составляющие. Вся смесь прогоняется через колонку, маленькие молекулы проходят её быстрее, а большие - медленнее. Адренохром выходит отдельным пиком с характерным спектром поглощения.

С помощью хроматографии мы можем за один прогон (примерно за час) собрать около 2 мкг вещества, а для анализа методом ЯМР нужно около 1 мг - то есть в 500 раз больше. В результате мы так и написали, что можем это сделать, но это очень долго, поэтому оставили на будущее (ну, если очень понадобится)).

Сейчас мы ждём ответа рецензентов из журнала. А ещё ребята-химики сделали вещество, из которого выделяется именно адреналин и практически не образуется адренохром. Но это уже совсем другая история...