Rok 2017 jest wyjątkowo obfity w granty NCN, przyznane naukowcom realizującym swoje badania w Jagiellońskim Centrum Rozwoju Leków (JCET). Tym razem gratulacje należą się Pani dr hab. Agnieszce Kaczor za uzyskanie finasowania w ramach konkursu OPUS 13, na projekt badawczy zatytułowany „Indukowanie chiralności w supracząsteczkowych agregatach „gość-gospodarz” – rozwój nowych metod rezonansowej ramanowskiej aktywności optycznej”.

  • Okres realizacji: 36 miesięcy
  • Dofinansowanie: 1 126 560 PLN

Projekt badawczy poświęcony jest badaniu indukcji chiralności w supracząsteczkowych agregatach typu „gość-gospodarz” z zastosowaniem metod chiralooptycznych, w szczególności ramanowskiej aktywności optycznej (ang. Raman Optical Activity, ROA) oraz wibracyjnego dichroizmu kołowego (ang. Vibrational Circular Dichroism, VCD).

Celem projektu jest otrzymanie i charakterystyka supracząsteczkowych układów typu „gość-gospodarz” o różnej budowie i zastosowaniach, ale zaprojektowanych w taki sposób, iż wykazują one rezonans ROA i umożliwiają indukcję chiralnej informacji w tych systemach. Planowana jest analiza interakcji „gość-gospodarz” i efektów konformacyjnych w tworzonych agregatach w celu zaproponowania optymalnych cząsteczek „gości” i „gospodarzy”, dostosowanych do tworzenia uniwersalnych i wydajnych systemów, służących do indukcji chiralności, a tym samym możliwości pośredniej detekcji cząsteczek niechiralnych. Istotnym dodatkowym efektem realizacji projektu będzie rozwój metod wzmocnionej rezonansowo ramanowskiej aktywności optycznej.

Podstawowe metody badawcze, które będą użyte w pracy to wibracyjne techniki chiralooptyczne, ROA i VCD. Technika ROA [L.D. Barron i A.D. Buckingham, Mol. Phys., 1971, 20, 1111] jest stosunkowo młodą i bardzo obiecującą ramanowską metodą badania związków chiralnych, również dużych cząsteczek biologicznych o makrocząsteczowej chiralności. Jednak ROA jest obarczona problemem niewielkiej czułości, jako iż jedynie około jeden foton na miliard ulega efektowi ROA. Stąd rozwijanie metod rezonansowej ROA, której czułość jest znacząco większa, jest ważnym aspektem badawczym. Niedawno wykazaliśmy, iż rezonansowe wzmocnienie sygnału obserwować można w supramolekularnych agregatach o odpowiedniej budowie, np. agregatach karotenoidów [G. Zajac, A. Kaczor, A. Pallares Zazo, J. Mlynarski, M. Dudek, M. Baranska, J. Phys. Chem. B, 2016, 120, 4028]. Dodatkowo, agregaty te umożliwiają indukcję sygnału chiralnego w niechiralnych cząsteczkach. W ramach proponowanego projektu planowane jest zastosowanie metod rezonansowej ROA do badania indukcji chiralnego sygnału w niechiralnych cząsteczkach w wyniku oddziaływania z chiralnymi cząsteczkami. Porównawczo zostanie użyta technika VCD, która jest ważnym narzędziem weryfikującym poprawność wniosków, uzyskanych na podstawie wyników ROA.

ROA jest metodą o dużym i unikalnym potencjale badawczym, jednakże jej dotychczasowe zastosowania są ograniczone, ze względu na niewielką czułość metody. Z oczywistych powodów ROA przystosowana jest jedynie do badania cząsteczek chiralnych. Niniejszy projekt przewiduje rozwój tej techniki w kierunku badania cząsteczek achiralnych w wyniku indukowania w nich sygnału chiralnego na skutek oddziaływania z chiralnym indywiduum. Ponadto stosowane metody mają bazować na efektach rezonansowych, stąd spodziewane jest znaczne wzmocnienie sygnału chiralnego. Rozwój technik ROA w przedstawionym kierunku ma implikacje w wielu dziedzinach nauki. Stworzenie uniwersalnych agregatów indukujących chiralny sygnał tworzy nowe narzędzie badawcze, o dużej specyficzności konformacyjnej, do analizy układów supramolekularnych. Taka metoda może zostać użyta do analizy oddziaływań w układach biologicznych, selektywnej detekcji wybranych cząsteczek w skomplikowanych mieszaninach, np. płynach ustrojowych, czy badaniu nowych, funkcjonalnych materiałów opartych na nanowłóknach. Nie mniej ważny jest aspekt poznawczy projektu, dotyczący zrozumienia mechanizmów indukcji chiralności. Kontrola procesów tworzenia supramolekularnej chiralności i indukcja w nich sygnału chiralnego może odbywać się przez precyzyjne aplikowanie odpowiedniego bodźca np. światła [J. Kim, J. Lee, W.Y. Kim, H. Kim, S. Lee, H.C. Lee, Y.S. Lee, M. Seo, S.Y Kim, Nature Comm., 2015, 6, art. number: 6959]. Analiza mechanizmów indukcji chiralności może stać się kluczowa w projektowaniu chiralnych sensorów i zrozumieniu procesów rozpoznania chiralnego. Tym samym przedłożony projekt wnosi znaczący potencjał poznawczy i może stanowić koncepcyjną podstawę do aplikacji badanych supramolekularnych układów w kontrolowanym przekazie informacji chiralnej.

Wyniki konkursu dostępne na stronie Narodowego Centrum Nauki w Krakowie.

OPUS 13 – kolejny sukces dr hab. Agnieszki Kaczor
facebook JCET