Австралійські хіміки розробили спосіб контрольованої полімеризації поліакрилатів і поліакриламіду всередині живого організму. В якості каталізатора реакції вчені використовували містяться в молекулах гемоглобіну еритроцитів іони заліза. Реакція запускається в присутності перекису водню, тому для цього необхідні або ферменти, або умови з підвищеною концентрацією перекису, які спостерігаються, наприклад, в ракових клітинах, пишуть вчені в.
Зараз синтетичні полімерні матеріали використовуються повсюдно: це всілякі види пластиків, волокон і тканин, або сполуки, а також речовини для хімічних і біологічних застосувань. Багато з полімерних сполук вчені пропонують використовувати і всередині живих організмів - як у дослідницьких, так і в медичних цілях. При цьому іноді отримувати функціональні полімери необхідно безпосередньо всередині організму - наприклад, для синтезу везикул, штучних тканин або при хімічній модифікації живих клітин. Для отримання цих сполук хіміки пропонують використовувати кілька типів реакцій, для яких застосовуються різні каталізатори біологічного походження. Однак повністю провести весь процес синтезу потрібних полімерних сполук не вдається: частина реагентів не сумісна з біологічними середовищами, тому підготовку речовин доводиться проводити заздалегідь у зовнішньому середовищі.
Для вирішення цієї проблеми австралійські хіміки під керівництвом Грега Цяо (Greg G. Qiao) з Мельбурнського університету запропонували як каталізатор для реакції полімеризації використовувати той гемоглобін, який міститься в еритроцитах. Для синтезу двох типів полімерів - поліакрилатів і поліакриламіду - вчені запропонували використовувати схему полімерізації з обратимою передачею ланцюга за механізмом приєднання-фрагментації (RAFT - Reversible addition ‑ fragmentation chain-transfer polymerization). В якості одного з діючих елементів в такій схемі виступає RAFT-агент - молекула, за допомогою якої здійснюється перенесення полімерних ділянок ланцюга в системі і контролюється кінетика реакції, що дозволяє отримувати полімери певного типу і потрібної молекулярної маси. Зазвичай як такі молекули вступають тритіокарбонати.
Крім того, для проведення реакцій за такою схемою потрібні каталізатори, які токсичні і не можуть використовуватися всередині живих організмів. Автори роботи виявили, що замінити ці каталізатори може гемоглобін, який міститься в еритроцитах. У своїх попередніх роботах хіміки вже показували, що ініціатором реакції можуть бути іони заліза. Виявилося, що ті іони заліза, які знаходяться в гемовому фрагменті гемоглобіну і зазвичай служать для перенесення кисню, цілком можуть виконувати і функцію ініціатора полімеризації. Крім гемоглобіну, хіміки також запропонували використовувати в суміші глюкозооксидазу - фермент, завдяки якому можна отримувати молекули перекису водню в умовах живого організму під час реакції полімеризації.
За запропонованим авторами механізмом спочатку іон заліза Fe3 + відновлюється перекисом до Fe2 +, який бере участь в основній реакції з утворенням гідроксил-радикалів, запускаючи таким чином реакцію радикальної полімеризації. Таким чином можна контролювати швидкість полімерізації і молекулярну масу полімеру, що утворився. При цьому всі необхідні для проведення реакції речовини містяться всередині живого організму і ніякої додаткової попередньої підготовки реагентів не потрібно.
Щоб показати, що реакція йде саме за описаним механізмом, аналогічну реакцію хіміки провели без глюкозооксидази. Виявилося, що за відсутності глюкозооксидази реакція дійсно не йде. Однак вчені відзначають, що подібний процес можна провести і в інших біологічних середовищах, в яких з тих чи інших причин міститься велика кількість перекису. Наприклад, такі умови характерні для багатьох ракових клітин, тому запропонований тип полімеризації можна використовувати для терапії раку.
Це дослідження - далеко не перший випадок, коли еритроцити пропонують використовувати як інструмент для проведення керованих хімічних і фізичних процесів всередині живого організму. Наприклад, нещодавно німецькі вчені зробили з еритроциту і кишкової палички доставник ліків. Бактерія в такій системі виконує функцію мотора, а еритроцит, крім ліків містить магнітні наночастинки коригує напрямок під дією зовнішнього магнітного поля.