Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Согласно заявленному плану работы, реализация проекта в ходе выполнения этапа 2020-2021 гг. была направлена, прежде всего, на синтез и комплексное исследование физико-химических характеристик нанокристаллического диоксида церия, его модификацию углеродными «точками» и получение нанокомпозита оксид церия-кальцеин. В рамках первого этапа работы синтезировано 3 образца: Цитрат-стабилизированный оксид церия (СеО2), Оксид церия-углеродные точки (СеО2 -QDs), Нанокомпозит оксид церия-кальцеин (CeO2-кальцеин). В период первого года выполнения проекта была разработана одностадийная методика получения цитрат-стабилизированных наночастиц диоксида церия (СеО2), позволяющая получить наночастицы ультрамалого размера (2-3 нм) с высокой степенью редокс-активности и агрегативной устойчивости. Разработана схема синтеза нанокомпозита на основе оксида церия и углеродных квантовых точек (СеО2-QDs), также нанокомпозита оксид церия-кальцеин(CeО2- кальцеин), обладающие люминесцентными свойствами и антиоксидантной активностью. Проведен комплексный анализ физико-химических характеристик нанокомпозитов, который выявил высокую степень монодисперсности, кристалличности и агрегативной устойчивости для всех синтезированных образцов СеО2, СеО2-QDs, CeО2- кальцеин. Проведена оценка коллоидной стабильности в различных средах с высокой ионной силой, которая выявила долговременную коллоидная стабильность нанокомпозитов только для суспензий, образованных на основе MQ воды. Исследовано влияние различных анионов на процесс образования АФК в присутствии наночастиц СеО2. Установлено, что антиоксидантные свойства наночастиц СеО2значительно различаются при изменении ионного состава среды. Сульфат-анионы и нитрит анионы ингибируют способность наночастиц СеО2 инактивировать °ОН радикал, при этом сохраняется их каталазо-подобная активность в отношении пероксида водорода. Проведен первичный скрининг цитотоксичности синтезированных нанокомпозитов на культуре мезенхимальных стволовых человека in vitro, который выявил отсутствие снижения метаболической активности и клеточной гибели в концентрациях ниже 1mM, что подтверждает высокий уровень их биосовместимости.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Согласно заявленному плану работы, реализация проекта в ходе выполнения этапа 2021-2022 гг. была направлена, на комплексное исследование цитотоксичности и биологической активности синтезированных ранее церий-содержащих нанокомпозитов. В рамках второго этапа работы была проведена комплексная оценка 3 синтезированных ранее нанокомпозитов: оксид церия-углеродные точки (СеО2 -QDots), оксид церия-кальцеин (CeO2-кальцеин), оксид церия-2- (2-карбоксилатоэтил) -1,1,1-триметилгидразин (СeO2-Mil). Исследование цитотоксичности и биологической активности синтезированных нанокомпозитов был проведен на широком спектре клеточных культур, используя взаимодополняющие методы анализа. На основании полученного комплекса экспериментальных данных можно сделать заключение о том, что полученные Ce-Qdots обладают высокой степенью биосовместимости и выраженной антиоксидантной активностью, обеспечивая эффективную защиту клеток от окислительного стресса, индуцированного действием экзогенного пероксида водорода. Биосовместимость наноконъюгата CeO2-кальцеин анализировали с помощью комплекса взаимодополняющих методов на культурах нормальных (МСК) и раковых клеток (MNNH/Hos). Показано, что наноконъюгат CeO2-кальцеин биосовместим даже в высоких концентрациях (до 1 мМ) для МСК человека. Наноконъюгат CeO2-кальцеин не вызывает нарушения морфофункциональных характеристик клеточных культур и их жизнеспособности. Антиоксидантную активность наноконъюгата CeO2-кальцеин анализировали на модели H2O2-индуцированного окислительного стресса. Динамика интенсивности флуоресценции кальцеина после его высвобождения с поверхности наночастицы показывает, что наноконъюгат в концентрациях 1 мМ, 200 мкМ и 100 мкМ активно нейтрализует экзогенные АФК. Таким образом, наноконъюгат CeO2-кальцеин можно использовать для детекции и инактиации внутриклеточных АФК. Внутриклеточная визуализация процесса инактивации АФК с помощью синтезированного наноконъюгата в условиях индуцированного окислительного стресса возрастает пропорционально концентрации наноконъюгата, что может свидетельствует о высвобождении молекул кальцеина с поверхности наночастицы. Наноконъюгат CeO2 – кальцеин способен детектировать повышенный уровень АФК в стволовых и опухолевых клетках. Молекулярный механизм биологической активности наноконъюгата CeO2 – кальцеин связан с модуляцией паттернов генов, ответственных за окислительный стресс. При этом полученные результаты требует дополнительного исследования, учитывая сложность сигнальных путей, задействованных в ответе на действие наноконъюгата. Проведённые in vitro исследования показывают, что нанокомпозит CeO2 – кальцеин представляет собой перспективный биомедицинский агент, применение которому может быть найдено в хемодинамической терапии и фотодинамической диагностике патологических состояний, ассоциированных с окислительным стрессом. Сочетание наночастиц оксида церия с различными биологически активными веществами приводит к получению органо-неорганических нанокомпозитов, обладающих повышенной синергетической активностью. Нами предложена новая схема синтеза и получен органо-неорганический гибридный материал на основе 2-(2-карбоксилатоэтил)-1,1,1-триметилгидразиния и наночастиц оксида церия (CeO2-Mil), обладающий сверхмалым размером частиц, высокой антиоксидантной и выраженной биологической активностью. Цитотоксичность и генотоксичность нанокомпозита CeO2-Mil анализировали с использованием клеточной линии фибробластов мыши NCTC L929. Показано, что нанокомпозит CeO2-Mil не оказывает токсического действия и обеспечивает высокий уровень метаболической активности при концентрациях ниже 1 мМ. Защитное действие нанокомпозита CeO2-Mil в условиях H2O2-индуцированного окислительного стресса объясняется выраженной каталазоподобной активностью наночастиц оксида церия. Таким образом можно сделать вывод о получении нами малотоксичных, функциональных нанокомпозитных материалах, обладающих выраженной биологической активностью: СеО2 -QDots в качестве агента для биоимиджинга со способностью визуализировать различные типы клеток, CeO2-кальцеин со способностью инактивировать и одновременно детектировать внутриклеточные АФК, CeO2-Mil обеспечивать синергетическое протекторное действие в различных моделях окислительного стресса.