Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В ходе выполнения первого этапа проекта были разработаны методики и осуществлен синтез нанокомпозитов для рентгеновской фотодинамической терапии несколькими методами. Была проведена предварительная лабораторная диагностика атомной и электронной структур синтезированных наноструктур, а также были проведены исследования атомной и электронной структур синтезированных наночастиц с использованием источника синхротронного излучения НИЦ Курчатовский институт, а морфология наночастиц была изучена с использованием электронной микроскопии высокого разрешения. Был сконструирован стенд для диагностики оптических характеристик синтезированных наночастиц рентгенолюминофоров и исследования их фотодинамических характеристик и разработаны методики таких измерений. Было проведено определение сравнительного уровня биологической токсичности синтезированных наночастиц.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В ходе выполнения второго этапа проекта были разработаны несколько новых методик и осуществлен синтез серии различных нанокомпозитов для рентгеновской фотодинамической терапии несколькими методами. Была проведена стандартная лабораторная диагностика атомной и электронной структур синтезированных наноструктур, а также проведены исследования атомной и электронной структур синтезированных наночастиц на основе спектроскопии рентгеновского поглощения с использование единственного в Европе лабораторного спектрометра Rigaku R-XAS, установленного в Центре коллективного пользования "Наноразмерная структура вещества" Южного федерального университета, а морфология наночастиц была изучена с использованием электронной микроскопии высокого разрешения. Был сконструирован новый стенд с повышенным уровнем защиты, содержащий высокоэнергетический источник излучения для диагностики оптических характеристик синтезированных наночастиц рентгенолюминофоров и исследования их фотодинамических характеристик при облучении высокоэнергичным излучением и разработаны методики таких измерений. Определены наиболее взаимодополняющие пары «рентгенолюминофор – фотосенсибилизатор» для конструирования нанокомпозитов для рентгеновской фотодинамической терапии. Было проведено определение сравнительного уровня биологической токсичности синтезированных материалов и отобраны виды наночастиц- рентгенолюминофоров, не обладающие цитотоксичностью для биологических тканей и которые возможно использовать в дальнейшем при реализации методики рентгеновской фотодинамической терапии глубоколежащих онкологических опухолей.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
На третьем году реализации проекта мы продолжили работу над усовершенствованием проектируемых нанообъектов, уделяя особое внимание созданию композитных материалов, которые могли бы эффективно производить активные формы кислорода при ионизирующем облучении. В связи с этим для композита на основе BaGdF5 продемонстрирована возможность формирования структур ядро-оболочка для сцинтилляционных НЧ, покрытых мезопористым SiO2 с регулируемой толщиной оболочки. Это важное усовершенствование также позволяет оптимизировать эффективность механизма передачи энергии между ScNP и фотосенсибилизаторами. Насколько нам известно, мы впервые разработали и представили (doi - https://doi.org/10.3390/ijms222313040) нанокомпозитный материал на основе НЧ, допированных Eu3+, конъюгированных с фотосенсибилизатором метиленового синего! Более того, в дополнение к исчерпывающим физико-химическим характеристикам синтезированного нанокомпозита мы исследовали его биораспределение у мышей balb / c при внутривенном и внутриопухолевом введении интактным мышам, а также мышам с опухолью CT-26. Особое внимание в рамках третьего года реализации проекта было уделено исследованию распределения нанокомпозитов в нормальных и патологических тканях. Во-первых, предварительная, но важная информация о биораспределении разработанных наночастиц была получена с помощью микро-КТ in vivo. Мы наблюдали накопление наноагентов в печени и мышах при внутривенных инъекциях. Затем посмертно было изучено распределение нанокомпозита в биологических тканях с помощью комбинации различных методов. Синхротронная томография различных фрагментов нормальных и патологических тканей позволила нам получить информацию о распределении наноагентов с пространственным разрешением 10 мкм. Мы проанализировали как 2D-проекции, так и реконструированные 3D-изображения и обнаружили несколько темных пятен размером в несколько десятков мкм, довольно однородно распределенных в нормальных тканях и неравномерно распределенных в раковых тканях CT-26. В сочетании с дальнейшим XRF-анализом, который позволил нам выполнить 2D-картирование срезов различных тканей, мы подтвердили, что эти темные пятна представляют собой агломераты композитных частиц. Сравнение 2D-распределения, полученного для нормальных тканевых химических элементов, таких как (Fe, P и S), и тяжелых элементов, связанных с введенными наноагентами (Gd, Eu, Tb), позволило нам описать возможные механизмы распределения наноагентов в пределах нормы. и раковые ткани. Результаты анализа микро-FTIR спектров , полученных для тканей с включениями в форме наночастиц, наряду с количественными данными XRF, позволили сделать вывод, что, скорее всего, НЧ сохраняют свою морфологию и состав, будучи инкапсулированными в живые ткани. На следующем этапе для серии композитных материалов, разработанных в рамках третьего года проекта, мы исследовали эффективность генерации АФК различными методами, в том числе определение генерации АФК в рамках in vitro методов с использованием молекулярного индикатора синглетного кислорода, а также методы хемилюминесценции. в качестве эксперимента с культурой дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae, облученной высокоэнергетическим рентгеновским излучением. Все примененные методы позволили наблюдать значительный уровень генерации АФК при исследовании различных композиционных материалов. Наконец, на пути к возможному практическому применению разработанных композиционных материалов некоторые наиболее перспективные образца нанокомпозитов были подвергнуты эксперименту по токсичности in vivo на линии balb / cmice. Эффект токсичности контролировали с помощью длительного наблюдения с помощью микро-КТ, анализа сыворотки крови, а также гистологии материалов тканей. Несмотря на аналогичный безопасный профиль, продемонстрированный двумя группами образцов с малыми (12-15 нм) и большими НЧ (150-200 нм) при тестах на токсичность на клетках HeLa, этот эксперимент демонстрирует значительно меньший токсический эффект нанокомпозитов, разработанных на основа малогабаритных нанофосфоров BaGdF5: Eu3+. Результаты работы, выполненной в рамках этой структуры, были представлены в серии публикаций нашей группы, включая две статьи в высокорейтинговых журналах с открытым исходным кодом - Nanomaterials (Q1, IF = 5,346) и International Journal of Molecular Science (Q1, IF = 6,132). Об успешной реализации проекта также недавно сообщалось в онлайн-журнале Naked Science (https://naked-science.ru/article/column/v-yufu-sozdali-materialy-dlya-terapii?utm_source=yxnews&utm_medium=mobile&utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2Fnews%2Fsearch%3Ftext%3D).