К неспящим возвращается память

Недосыпание становится болезнью века: люди, вынужденные тратить почти четверть дня на дорогу на работу и обратно, спят в электричках, метро, автобусах и почти на ходу. Хотя недосыпание не вызывает сиюминутных заболеваний, его вред давно хорошо известен. Кроме нервных расстройств, которые влекут за собой заболевания самого разного характера, недосыпание не дает полноценно работать и учиться каждый день.

Дело в том, что усвоение и переработка полученной в предыдущий день мозгом информации происходит в фазу быстрого сна, более длинные промежутки которой приходятся на так называемый утренний сон. Регулярно недосыпающие люди испытывают постоянный недостаток быстрого сна и испытывают проблемы с усвоением информации. Попросту говоря, утром сложно вспомнить факты, прочитанные или услышанные еще вчера.

Лекарство от этой проблемы простое – больше спать. Однако над проблемой людей, для которых такой выход невозможен, работают врачи.

Ученым удалось определить на молекулярном уровне механизм ухудшения памяти при нарушении сна и выработать стратегию нейтрализации ее последствий.

Переработка информации и ее усвоение в мозгу тесно связано с отделом, называемым гиппокамп. Недосыпание нарушает его функцию и мешает обработке данных в нем, однако за нее ответственны сразу несколько процессов, и на первом этапе исследования необходимо было выяснить, какой именно затрагивает депривация сна. Для этого ученые исследовали влияние депривации сна на долгосрочное потенцирование – процесс консолидации памяти. Индуцированное короткими электрическими импульсами долгосрочное потенцирование зависит от ряда факторов: концентрации адезинмонофосфата (cAMP), протеинкиназы A (PKA), транскрипции и трансляции. Ученые выбрали моделью мозг мыши, лишенной сна на пять часов.

Электрофизиологическое исследование ответов такого мозга показало, что проблемы с обработкой информации возникают именно в областях, зависящих от cAMP/PKA – сигналов из-за снижения концентрации сАМР.

После этого ученые начали поиск причины снижения концентрации кислоты в мозге. Они обнаружили, что при депривации сна в гиппокампе растет концентрация фермента фосфодиэстеразы-4 (PDE4). Он разлагает сАМР, а снижение ее концентрации и ведет к ухудшению памяти. Для нейтрализации этого эффекта «недоспавшим» мышам ввели вещество ролипрам, ингибирующие фосфодиэстеразу. Блокировка ее действия нейтрализовала недостаток сАМР и вызываемые им дефекты памяти.

Медики предполагают, что с помощью обнаруженного механизма можно будет бороться с такими негативными последствиями недосыпания, как неврологические и психологические расстройства и старение. Кроме того, возможно, это поможет лечить нарушения памяти, связанные с изменением суточных циклов.

Лекарства без металлов

Каталитические процессы играют огромную роль в химической промышленности. Переработка нефти, синтез полимеров, получение лекарств – все сложные процессы протекают в присутствии катализатора – вещества, ускоряющего реакцию, но не входящего в состав продуктов реакции. Разработка новых катализаторов позволяет оптимизировать технологический процесс, сделать его менее энергозатратным и более экологичным.

Наверное, самым известным в мире является катализатор Циглера–Натта на основе солей переходных металлов. Его изобретение открыло путь к развитию различных полимеризационных процессов и получению полимеров высокого качества. В 1963 году Карл Циглер и Джулио Натта даже были удостоены Нобелевской премии по химии «За открытие изотактического полипропилена».

Не потеряли актуальности исследования каталитических процессов и в наши дни.

Одним из перспективных классов катализаторов на сегодняшний день являются карбены и их комплексы с металлами. Они катализируют большой класс органических реакций, в том числе при синтезе лекарств.

Карбенами называют нейтральные нестабильные частицы с двухкоординационным атомом углерода. Они проявляют высокую реакционную способность, сами по себе они чаще всего малоустойчивы и легко взаимодействуют с соединениями металлов. Именно в виде металлокомплексов они привычно используются в качестве катализаторов, например в реакциях метатезиса и кросс-сочетания. Однако на практике применяются комплексы карбенов с такими металлами, как родий, золото, рутений, платина и палладий. Они обладают очевидным недостатком – ценой. Благородные металлы – недешевые вещества, а учитывая расход катализаторов в тоннажных процессах, это повышает и цену конечного продукта.

Комплексы металлов с карбенами (в частности N-гетероциклическими карбенами) приходится использовать потому, что в изолированном виде эти соединения очень неустойчивы. Считалось, что стабилизировать такие соединения (содержащие пятичленный гетероцикл, куда входит два атома азота и один ненасыщенный атом углерода, находящийся между атомом азота и насыщенным атомом углерода – abnormal N-heterocyclic carbenes, aNHC) просто невозможно.

Профессор Гай Бертран и его коллеги из Университета Калифорнии справились с этой задачей. Результаты их работы публикует Science.

«Многие вещества считаются нестабильными, потому что их строение не удовлетворяет правилам, которые мы учили в школе.

Однако подобные концепции неоднократно опровергались, и дело любого ученого – бросить вызов «невозможному». Нам удалось достичь успеха в синтезе стабильных аномальных N-гетероциклических карбенов», – заявил профессор Бертран. Новое вещество стабильно при комнатной температуре как в твердой фазе, так и в растворе, поэтому круг его применения в качестве катализатора, не содержащего металлов, может быть чрезвычайно широким.

Авторы исследования предполагают, что обнаружение этого вещества сможет перевести в ранг промышленных многие эффективные, но слишком дорогостоящие лабораторные реакции, в том числе в фармацевтической промышенности.

В завершении хочется отметить, что важность исследований в области катализаторов, в частности производных карбенов, не подлежит сомнению. В 2005 году Нобелевская премия по химии была присуждена Роберту Граббсу, Ричарду Шроку и Иву Шовену «За вклад в развитие метода метатезиса в органическом синтезе». Катализатор Граббса как раз представляет собой рутениевый комплекс N-гетероциклического карбена.