КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 22-73-10231

НазваниеРазработка нового класса тераностических агентов на основе функциональных наноматериалов для адронной терапии.

РуководительПопов Антон Леонидович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук, Московская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2022 - 06.2025

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые словананочастицы, адронная терапия, тераностика, радиосенсибилизаторы, нанозимы, оксид церия, гадолиний, high Z элементы, радиотерапия

Код ГРНТИ31.17.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной научной задачи, связанной с дизайном, синтезом и исследованием новых наноматериалов, обладающих выраженной биологической активностью и перспективных для биомедицинского применения, в частности, в качестве сенсибилизаторов в рамках радиотерапии онкологических заболеваний. Конкретной научной задачей, на решение которой направлен проект, является получение новых функциональных наноматериалов на основе оксидов и фторидов редкоземельных металлов и их композитов, обладающих выраженной редокс-активностью и радиосенсибилизирующими свойствами в отношении опухолевых клеток с различной радиочувствительностью. Решаемые в рамках проекта задачи имеют ярко выраженный междисциплинарный характер, что требует формирования специализированного научного коллектива, в состав которого входят специалисты в области неорганической и коллоидной химии, неорганического материаловедения, молекулярной биологии, радиобиологии и медицинской физики. Научная новизна исследований в рамках заявленного проекта определяется разработкой и созданием новых методов получения функциональных нанобиоматериалов, а также комплексным анализом их биологической активности, включая исследование молекулярных механизмов сенсибилизации по отношению к опухолевым клеткам, обладающих выраженной радиорезистентностью. Впервые в мире будет проведено комплексное масштабное исследование биологической активности синтезированных нанокомпозитов в условиях облучения пучками протонов различных энергий с целью установления молекулярных механизмов их сенсибилизирующего действия в отношении радиорезистентных раковых клеток. Достижимость успешного решения поставленной задачи и получения запланированных результатов обусловлено сбалансированным составом исполнителей гранта, а также наличием доступа к уникальному исследовательскому оборудованию, включая протонный терапевтический комплекс Прометеус (ЗАО «Протом»). Коллектив авторов имеет значительный опыт в получении новых функциональных нано- и биоматериалов, исследованию их физико-химических характеристик и структурно-чувствительных свойств, а также проведению комплексного анализа их токсичности и биологической активности в моделях in vitro и in vivo. В состав коллектива входят признанные специалисты в области синтеза неорганических наноматериалов в высокодисперсном и нанокристаллическом состояниях, специалисты в области анализа биологической активности наноматериалов, а также научный сотрудник единственного в РФ предприятия-изготовителя протонных ускорителей (ЗАО «Протом»), имеющий более чем 10 летний опыт работы на протонном ускорителе. Профессиональный уровень научного коллектива подтверждается наличием за последние 5 лет более 100 статей в рецензируемых международных журналах, индексируемых в базах данных WOS/Scopus, из которых более 50 опубликовано в изданиях, относящихся к первому квартилю (Q1). Уникальность проекта заключается в исследовании комбинации новейших функциональных тераностических агентов - радиосенсибилизаторов с новейшей технологией адронной терапии - дистанционной лучевой терапией заряженными частицами. Решение поставленных в проекте задач внесет существенный вклад в развитие одной из наиболее актуальных и перспективных междисциплинарных научных областей- тераностики социально-значимых заболеваний, а также позволит сформировать технологическую основу для разработки и создания нового класса радиосенсибилизаторов для целей адронной терапии.

Ожидаемые результаты
При выполнении проекта будут получены следующие основные результаты: 1. Будут разработаны новые методики синтеза наноматериалов и нанокомпозитов на основе оксидов и фторидов редкоземельных металлов (CeF3:Gd:Tb, GdF3:Ce:Tb, Ce(BiTb)F3, CeGdO2-x, GdVO4, GdVO4:Eu, однокомпонентный и допированный LuF3). Будет проведен комплексный анализ физико-химических свойств материалов взаимодополняющими физико-химическими методами (ПЭМ, РЭМ, РСМА, РФА, КР и др.), а также анализ коллоидно-химических характеристик. 2. Будут разработаны методы получения агрегативно устойчивых золей нанокомпозитов с использованием биосовместимых стабилизаторов и функционализирующих лигандов. 3. Будет проанализирована скорость продольной релаксации T1 для полученных гадолиний-содержащих нанокомпозитов с целью оценки перспектив их использования в качестве эффективного тераностического агента, в том числе в рамках технологии MRI-LINAC (Magnetic Resonance Imaging Guided Linear Accelerator). 4. Будут отработаны методы вывода пучка протонов требуемых параметров и методики инструментального сопровождения облучения для обеспечения максимального сенсибилизирующего эффекта синтезированных наноматериалов и нанокомпозитов. 5. Будут получены данные о редокс-активности нанокомпозитов в водных суспензиях после облучения рентгеновскими лучами или заряженными частицами. Будет проведен сравнительный анализ редокс-активности наноматериалов (генерация активных форм кислорода) и исследован вклад состава и ионной силы жидкой фазы. 6. Будут получены данные об эффективности эндоцитоза наноматериалов и нанокомпозитов раковыми клетками, внутриклеточной локализации и их процессинга, в зависимости от размера и формы частиц, использованного стабилизатора. 7. Будет получены данные о биосовместимости, цито- и генотоксичности полученных наноматериалов и нанокомпозитов на различных типах клеточных культур (здоровые и раковые, в том числе радиорезистентные). Данный скрининговый анализ позволит провести селекцию оптимальных методик получения и стабилизации нанокомпозитов с целью отбора перспективных кандидатов для их последующего исследования в условиях воздействия протонного пучка или рентгеновского излучения в системах in vivo. 8. Будут получены данные о радиосенсибилизирующем действии наиболее перспективных наноматериалов и нанокомпозитов в условиях воздействия протонного пучка и рентгеновского излучения после накопления в раковых клетках с различной радиочувствительностью, включая данные о функционировании системы репарации ДНК, редокс-статусе клетки, антиоксидантной системы и ключевых сигнальных путей. 9. Будут проведено тотальное секвенирование РНК нормальных и раковых клеток после облучения в присутствии отобранных нанокомпозитов, что позволит детально исследовать молекулярные механизмы биологической активности и радиосенсибилизирующего действия нанотераностических агентов в системе in vitro. Полученные данные позволят выявить наиболее безопасные и эффективные нанокомпозиты для дальнейших исследований в модели in vivo. 10. Будут получены данные об острой и хронической токсичности наиболее перспективных нанокомпозитов с использованием линейных мышей при их внутривенном и внутрибрюшинном введении. 11. Будут получены данные о радиосенсибилизирущем действии наиболее эффективных нанокомпозитов в опухолевой модели на животных (B-16), включая детальный гистопатологический иммуноцитохимический анализ. Запланированные в рамках проекта работы, направленные на разработку новых методов получения функциональных наноматериалов и нанокомпозитов, а также комплексный анализ физико-химических характеристик и биологической активности, в том числе в условиях воздействия на них рентгеновских лучей или заряженных частиц, находится на передовом крае исследований в данной научной области. Целенаправленный отбор оптимальных условий получения и функционализации тераностических агентов на основе оксидов, фторидов и ванадатов гадолиния/церия/лютеция для целей адронной терапии планируется впервые в мировой научной практике. Заявленные исследования позволят выявить роль стабилизирующих лигандов и размерного фактора на эффективность эндоцитоза нанотераностиков раковыми клетками и их сенсибилизирующие характеристики, включая их редокс-активность и эффективность взаимодействия с фотонами (рентгеновскими лучами) или заряженными частицами (пучком протонов). Выполнение заявленных в проекте исследований имеет большое значение для улучшения качества жизни населения, что обусловлено перспективами создания нового поколения радиосенсибилизаторов на основе функциональных наноматериалов и совершенствованием технологий клинического использования адронной терапии. Повышение эффективности радиотерапии и расширение возможности ее применения способно обеспечить значительное увеличение продолжительности и качества жизни пациентов. На основании результатов научных работ по проекту планируется создать технологии синтеза и функционализации радиосенсибилизаторов, а также провести ряд необходимых доклинических исследований, что позволит максимально приблизить их к внедрению в клиническую практику.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---