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 проекта 19-73-00177
НазваниеСистемы пролонгированного высвобождения лекарств с функцией "обратной связи" на основе нанокластерных полиоксометаллатов
Руководитель Гржегоржевский Кирилл Валентинович, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" , Свердловская обл
Конкурс №40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-602 - Химия новых органических и гибридных функциональных материалов
Ключевые слова гибридные материалы, органо-неорганические полимеры, нанокластеры, полиоксометаллаты, люминесценция, доставка лекарств, химическая модификация, линкеры
Код ГРНТИ31.15.37
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В основе предлагаемого к реализации проекта лежит концепция создания гибридных «умных» материалов, функционирующих за счет тонко настроенной молекулярной и надмолекулярной структуры. Ключевая идея данного проекта заключается в разработке фундаментальных подходов к получению модифицированных молекулами люминофоров гибридных биосовместимых полимерных матриц (полиаллиламин (ПАА), хитозан - природный биоразлагаемый полимер) и гелей, включающих в качестве неорганического компонента нанокластерные Кеплератные полиоксометаллаты (ПОМ) – Мо132 и Мо72Fe30. Выбранные кластеры имеют гидрофильную поверхность, которая может быть гибко функционализирована посредством электростатических, ван-дер-Ваальсовых взаимодействий и водородных связей, в следствие чего ПОМ обладают способностью нести «полезную нагрузку» в виде биоактивных молекул (БМ). Кроме того, благодаря отсутствию токсического воздействия на живой организм для Мо72Fe30 и низкой токсичности Мо132, Кеплератные нанокластеры являются оптимальными кандидатами из семейства ПОМ для использования в составе живых систем.
Гибридные полимерные матрицы на основе ПОМ, в случае успешной реализации проекта, станут в полной мере инновационным решением в области пролонгированного высвобождения препаратов и изучения динамики рилизинга (высвобождения) различных БМ в организме (in vivo). Создание систем пролонгированной доставки лекарственных препаратов является актуальным направлением в области химического дизайна и биотехнологии, позволяя минимизировать токсическое воздействие препарата, избежать частых инъекций и исключить риск внезапного прекращения терапии, что в случае таких заболеваний, как СПИД, может иметь необратимые последствия.
Предлагаемый нами принцип создания систем доставки лекарств с возможностью мониторинга высвобождения БМ основан на обнаруженном нами эффекте многократного тушения люминесценции молекул красителя – родамина-Б (РдБ) при взаимодействии с ПОМ, вызванного процессами переноса заряда и фёрстеровским переносом энергии, что делает данные кластеры своего рода «универсальными тушителями» для целого рада люминофоров.
Таким образом, будет создана гибридная полимерная матрица и гель на ее основе, в которых содержаться ковалентно связанные с углеводородной цепью полимера молекулы люминофоров – молекулы индикаторы (ксантеновые красители, производные родамина-Б и глютаминовой кислоты), ассоциированные с Кеплератным ПОМ. На поверхности ПОМ, либо в его внутренней полости будет содержаться БМ, для которой необходимо обеспечить пролонгированное высвобождение. В условиях физиологического рН=7.2, как и в целом, в слабощелочной области, происходит постепенная деструкция ПОМ, что приводит к высвобождению БМ из гибридного материала вместе с низкомолекулярными продуктами деструкции ПОМ, которые обладают низкой (в случае Мо132) токсичностью, либо вообще не обладают токсичностью (в случае Мо72Fe30). После деструкции ПОМ происходит разгорание флуоресценции люминофора, которое можно зарегистрировать с помощью простого оптического детектора или, в ряде случаев, свечение можно обнаружить визуально. Вышеописанная концепция обладает в полной мере научной новизной по отношению к методам получения гибридных материалов на основе ПОМ, включающих новые люминесцентные линкеры. Кроме того, ни один из традиционных подходов пролонгированного рилизинга не позволяет оценить в режиме он-лайн, в частности, через кожный покров, сколько осталось невысвобожденного препарата и оптимизировать процесс доставки лекарства. Эффективность разрабатываемых систем пролонгированной доставки БМ будет проверена экспериментально. В рамках этой задачи планируется предварительное изучение процессов ассоциации Кеплератных ПОМ с БМ: гормоны, антибиотики (в перспективе, иммуносупрессоры. Полученные на данном этапе исследований ассоциаты «БМ-ПОМ» будут включены в состав гибридного материала и исследованы в условиях, максимально приближенных к реальным физиологическим средам организма человека (рН=7.2-7.4, 37 град. Ц., солевой фон и др.), для проведения оценки их эффективности и, как следствие, оптимизации надмолекулярной структуры материала.
Разработка методов химического связывания красителей ксантенового ряда с биосовместимой матрицей будет осуществляться методами пептидной химии. В рамках создания органо-неорганических функциональных материалов нами будут также разработаны подходы модификации поверхности ПОМ с помощью кремний-органических соединений, в частности, - триалкоксиаминопропилсилана, что позволит получить совершенно новый тип органо-неорганического геля, в котором нанокластеры ковалентно связаны с молекулой люминофора и, как следствие, с матрицей полимера, что должно способствовать повышению избирательности при возникновении люминесцентного отклика материала на высвобождении БМ при деструкции ПОМ.
Таким образом, предлагаемый к реализации проект направлен на комплексное решение целого спектра задач, сопряженных как с поиском новых синтетических подходов получения «умных» гибридных материалов на основе неорганических наноразмерных кластеров, так и с дизайном надмолекулярной структуры материала для создания эффективных рилизинг-систем доставки биоактивных молекул с функцией «обратной связи» (мониторинга) для применения в сфере персонифицированной медицины.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ