Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Макроциклические соединения способны селективно связывать различные гостевые молекулы, формируя стабильные комплексы. В последние годы особое внимание привлекает бамбус[6]урил, который обладает уникальной способностью инкапсулировать фармацевтические молекулы, что делает его перспективным для применения в качестве покрытий на биоматериалах, в частности, пористом никелиде титана (TiNi). Такое покрытие позволяет сочетать структурно-механическую надёжность и биофункциональность, что критически важно при создании функциональных имплантатов и других медицинских изделий. На текущем этапе проекта были проведены эксперименты по синтезу комплексных супрамолекулярных соединений на основе бамбус[6]урила (Bu[6]) и биологически активного вещества — бензокаина. Комплекс Bu[6] с бензокаином выполняет двойную функцию: снижает болевой синдром и воспаление в зоне имплантации, а также минимизирует риск бактериального заражения. Молекулы Bu[6] (молекула-хозяин) синтезированы по трёхстадийной схеме: получение 4,5-дигидроксиимидазолидинона-2 (DGI), получение 2,4-N-диметилгликолурила (DMGU), синтез бамбус[6]урила. Для формирования комплексов «хозяин-гость» на основе Bu[6] и биологически активных веществ бензокаина были исследованы три подхода: синтез комплекса в смеси органических растворителей (диметилсульфоксид DMSO/хлороформ с добавлением HCl) (Метод 1), в водной среде с добавлением HCl (Метод 2), комплексообразование в водной среде с последующей нейтрализацией раствора гидрокарбонатом натрия до pH ≈ 7 (Метод 3). Для получения композиционного материала на основе пористого никелида титана и комплекса Bu[6]-бензокаин, полученные растворы наносили на никелид титана с разной пористостью. При переходе от функционализации поверхности TiNi дисперсией чистого Bu[6] к нанесению супрамолекулярного комплекса Bu[6]-бензокаин, наилучшие результаты достигаются при использовании метода погружения образцов в раствор по сравнению с альтернативными подходами (вакуумное напыление, ультразвуковая обработка). Этот метод позволяет сохранить структурную целостность комплекса Bu[6]-бензокаин, минимизируя физическое воздействие. Микроструктура синтезированного Bu[6] характеризуется структурой в виде четких кристаллических частиц с гексагональной или октаэдрической формой. Результаты, полученные с помощью ЯМР-спектроскопии, ИК-спектроскопии и термогравиметрического анализа, подтверждают формирование устойчивого комплекса типа «гость-хозяин» между бензокаином и Bu[6]. Эти данные свидетельствуют о целесообразности использования бамбусурила в качестве универсальной платформы для таргетированной доставки биологически активных веществ, а также его интеграции в функциональные покрытия для металлических имплантатов, включая материалы на основе никелида титана. Эффективность формирования органического покрытия на поверхности никелида титана при обработке раствором, содержащим данный комплекс, существенно зависит от морфологии подложки, в первую очередь — от размера и распределения пор. Крупнопористые образцы обеспечивают более равномерное и конформное покрытие всех участков поверхности, включая внутренние стенки пор и межпоровые перемычки, что обусловлено лучшей проницаемостью раствора, меньшим капиллярным сопротивлением и равномерной кинетикой испарения растворителя. В отличие от них, в мелкопористых образцах высокое капиллярное давление, ограниченная вентиляция пор, высокая удельная площадь поверхности и сложная геометрия пор препятствуют равномерному проникновению и осаждению раствора, что приводит к неравномерному покрытию, преимущественно на внешней поверхности или вблизи входов пор. Эти различия подчеркивают важность морфологии подложки при формировании покрытия с супрамолекулярными комплексами. Цитобиологические исследования показали, что крупнопористые образцы с функционализированной поверхностью по методам 1 и 2 обладают высокой цитосовместимостью с преобладанием живых клеток, что указывает на минимальный клеточный стресс. В то же время образец 3 демонстрирует сниженные показатели жизнеспособности, при этом преобладающее число клеток находится в состоянии апоптоза. Мелкопористые образцы с функционализированной поверхностью методами 1 и 2 демонстрируют умеренную биосовместимость. Эти различия подчеркивают значимость как морфологии поверхности, так и состава нанесённого покрытия при взаимодействии материалов с клеточной средой. Мелкопористые образцы, обработанные по методу 3, показали наихудшие результаты: минимальное количество жизнеспособных клеток при значительном числе клеток в апоптозе и некрозе. Результаты оценки антибактериальной активности показали 100% ингибирование роста бактерий всеми образцами с функционализированной поверхностью на основе комплекса Bu[6]-бензокаин. Это подтверждает выраженные антибактериальные свойства исследуемых образцов, включая эффективность против штамма E. coli, что указывает на их потенциал как антибактериальных агентов. Таким образом, в рамках проекта были разработаны методы получения супрамолекулярных комплексов на основе бамбус[6]урила и биологически активных веществ, а также технологии создания композиционных материалов с использованием пористого никелида титана. Полученные системы показывают потенциал для использования в качестве локальных лекарственных покрытий с анестезирующими и антибактериальными свойствами, что делает их перспективными для применения в биомедицине. Методы 1 и 2 представляют наибольший потенциал для создания стабильных и эффективных композиционных биоматериалов.