![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Основной целью предлагаемого проекта является разработка концепции природоподобного дизайна биологически активных (нано)материалов с улучшенным профилем безопасности и ее реализация путем объединения эффективности нанотехнологий с безопасностью природных гуминовых систем и полимеров. На практике это будет достигнуто путем синтеза наночастиц в присутствии ГВ, последующей упаковки поверхностно-модифицированных наночастиц в гидрогели (наноконтейнеры) по методу интерполиэлектролитной сборки отрицательно заряженных ГВ и положительно заряженных хитозанов или аминоорганосиланов, оценки скорости высвобождения металлов из полученных композитов, комплексного анализа профиля безопасности и биологической активности. В результате будет предложен подход к рациональному дизайну гибридных бионаноматериалов с оптимизированным профилем безопасности и биологической активности на примере эффективности в отношении антимикробного контроля и ранозаживления.
The specific objective of the project is to overcome the main disadvantage of functional biologically active nanomaterialshigh toxicity - by packaging them in permeable porous "nanocontainers" made of biocompatible materials and with high detoxifying properties. To obtain these "nanocontainers" in the project for the first time it is proposed to use polyelectrolyte Assembly of differently charged natural macromolecules-chitosans and humic substances, as well as bio-inert amino organosilanes. At the same time, a special advantage of such a composition is the fact that humic substances are powerful natural detoxifiers of heavy metals, while chitosans easily form gels with different pore architecture, which is important for controlling the rate of release of metals from nanocontainers and can be used to create the most popular - delayed forms of release of therapeutic agents. At the same time, the combination of broad antimicrobial activity of silver and wound healing properties of zinc can provide a promising new material for the treatment of infected wounds with delayed release of active ingredients, which will provide an improved safety profile of such bionanomaterials.
1. Будут синтезированы и структурно охарактеризованы различные гуминовые производные, несущие различные фенольные функции. Механизм включения фенольных центров в гуминовую матрицу будет изучен с помощью изотопных меток и масс-спектрометрии высокого разрешения. 2. Будут определены оптимальные условия синтеза наночастиц серебра (AgNPs) в присутствии гуминовых веществ. В найденных оптимальных условиях будет синтезировано от 10 до 12 различных образцов AgNPs, стабилизированных в матрице природных и модифицированным ГВ. Будут получены данные о факторах, влияющих на размер и морфологию полученных AgNPs. Будет установлен характер изменений в составе молекулярного ансамбля ГВ при образовании AgNPs. Указанные изменения будут выявлены с помощью метода масс-спектрометрии высокого разрешения и флуоресцентной спектроскопии. Полученные образцы AgNPs, стабилизированных ГВ, будут доставлены чешской команде. 3. Будут определены оптимальные условия для сборки гидрогелей из хитозанов и природных и модифицированных ГВ. Будут оценены реологические параметры образующихся гидрогелей. Выбранные условия позволят получить гидрогели, наполненные AgNPs Всего будет получено 10-12 гидрогелей с различным составом гидрогелей и различным наполнением AgNPs. Полученные гели будут проанализированы методами светорассеяния, РФА, ПЭМ. 4. Будет разработан экспериментальный дизайн для исследования транспорта/высвобождения Ag+/AgNPs из гидрогелей ГВ/хитозана. Будет получен набор данных по кинетике высвобождения Ag+ / AgNPs из гидрогелей хитозан-ГВ. 5. Будет получен набор скрининговых данных о безопасности (цитотоксичность, подвижность клеток) и биологической активности (антиоксидантная активность, противовоспалительная активность) гуминовых веществ, используемых для синтеза AgNPs. Будет оценена цитотоксичность и антимикробная активность AgNPs в матрице ГВ. 6. Будет установлена взаимосвязь между молекулярным составом гуминовых композиций и их биологической активности путем реализации интеллектуального поиска биологической активности молекулярных компонентов Заявка № 20-63-47070 Страница 64 из 68 природных и модифицированных ГВ, идентифицированных методом масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения. Data-mining будет осуществлен в базах данных ChemBL. Будет так же установлена взаимосвязь между ингредиентным составом наполненных композиций (AgNPs, антибиотики) и их антимикробной активностью. 7. Будет подготовлено к публикации четыре статьи по синтезу производных ГВ с заданной фенольной функциональностью (Reactive and Functional Polymers), по их применению для получения наночастиц Ag и их биологической активности (ES&T), синтез и исследование гуматов цинка (Environmental Research), взаимодействие гуминовых веществ с антибиотиками (Environmental Safety).
Лаборатория природных гуминовых систем кафедры медицинской химии и тонкого органического синтеза МГУ имени М.В.Ломоносова, входит в число ведущих мировых экспертов в области гуминовой химии и изучения биологической активности гуминовых и гуминоподобных систем и является автором концепции получения гуминовых материалов с заданными свойствами путем включения активных реакционных центров в состав полифункциональных, нетоксичных, биосовместимых матриц ГВ. Лаборатория имеет большой опыт направленной модификации гуминовых веществ и их применения для получения наноматериалов с заданным размером и кристалличностью. Лабораторией разработаны уникальные технологии в области молекулярного анализа гуминовых веществ.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 29 мая 2020 г.-31 декабря 2020 г. | «Бионаноматериалы и композиции с антимикробными и ранозаживляющими свойствами на основе гуминовых веществ» |
Результаты этапа: 1. Методами эксклюзионной хроматографии и спектроскопии ЯМР 13С исследованы молекулярно-массовый и структурно-групповой составы препаратов ГВ угля и торфа, немодифицированных и модифицированных гидрохиноном ФК торфа (всего 7 образцов). Установлены основные молекулярно-массовые и структурные характеристики исследованных препаратов. По результатам структурно-группового анализа, наиболее гидрофобными являются угольные гуматы калия CHP-K, CHS-K, CHI-K, а наиболее гидрофильными – немодифицированные и модифицированные 1,4-гидрохиноном фульвокислоты торфа. Молекулярный состав фульвокислот торфа и механизм модификации ФК гидрохиноном исследованы методом МС ИЦР ПФ в сочетании с введением изотопной (дейтериевой) метки. Сделан вывод об успешном встраивании фрагмента 1,4-гидрохинона в структуру исходных ФК торфа. 2. На основании проведенных исследований выбраны оптимальные условия синтеза наночастиц серебра (AgNPs) в среде гуминовых веществ. Оптимизацию условий синтеза вели как с использованием результатов спектрофотометрического исследования наличия/отсутствия пика ППР наночастиц серебра и его интенсивности в растворах ГВ, так и на основании данных о размерах, полидисперсности и морфологии синтезированных наночастиц, полученные методом ПЭМ. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что при использовании ГВ в качестве единственного восстановителя формирование наночастиц происходило во всех испытанных растворах гуматов и фульватов калия/натрия, за исключением высоких концентраций ГВ (150 г/л). При этом минимальная полидисперсность и размер наночастиц серебра наблюдалась при минимальной концентрации Ag и ГВ. Однако чрезмерное снижение концентрации действующих веществ нежелательно из-за падения эффективности таких субстанций. В качестве разумного компромисса была выбрана концентрация ГВ 15 г/л и содержание серебра 20 ммоль/л, так как спектрофотометрические измерения показали максимальную интенсивность сигнала ППР при данной концентрации серебра. Согласно данным ПЭМ при выбранных концентрациях реагентов формировались наночастицы AgNP с размерами около 15 нм. 3. Выполнен синтез и исследование Zn-гуминовых комплексов методами РФА, ПЭМ и рентгеновского поглощения. Данные просвечивающей электронной микроскопии показали полное отсутствие кристаллических включений в исследуемых препаратах. Поэтому был проведён EDX-анализ, который показал присутствие цинка в заметном количестве. Элементное картирование показало хорошее совпадение распределения калия и цинка по препарату. Таким образом, по результатам аналитической просвечивающей микроскопии полученных препаратов гуматов цинка было показано равномерное распределение цинка по гуминовой матрице без формирования выделенных кристаллических частиц, что может свидетельствовать о формировании устойчивых цинковых комплексов на основе гумат-анионов. Полученные данные позволят перейти к тестированию биологической активности цинк-гуминовых комплексов на следующем этапе. Выполнен синтез Zn-MOF-5, при этом существенно оптимизирована методика его получения за счёт использования микроволновой энергии в среде ДМФА при разном соотношении и концентрациях терафталевой кислоты и сульфата цинка. Всестороннее физико-химическое исследование полученного препарата показало, что использование сольвотермально-микроволнового метода позволяет получить фазово-чистый Zn-MOF-5 со средним размером частиц в 4,5 мкм. 4. Выполнен синтез гуминово-силоксановых гелей на основе двух коммерческих гуматов – «Powhumus» и «Иркутский гумат». Всего было получено 20 композиций с различным содержанием аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС). Исследование кинетики образования гелей показало, что самую высокую скорость демонстрирует препарат СHP-APTES-400 с концентрацией гумата 150 г/л, для него время загеливания составило 60 мин. Для полученных систем на основе «Иркутского гумата» – СHI-APTES-400, СHI-APTES-350, СHI-APTES-250 – с концентрацией гумата 100 г/л было выполнено исследование наноархитектуры полученных полиэлектролитных комплексов методом малоуглового рассеяния рентгеновского излучения (МУРР). В результате установлено, что композиции СHI-APTES-350 и СHI-APTES-400 являются полидисперсными системами с частицами 7-14 нм и склоны к образованию крупных агрегатов и осадков, тогда как гели СHI-APTES-250 являются узко-дисперсными, в которых преобладают частицы размером 1-4 нм. Для исследования транспорта/высвобождения Ag+/AgNPs из полученных гидрогелей ГВ/силоксан и ГВ/хитозан был разработан экспериментальный дизайн, основанный на микроультрафильтрации через мембранные фильтры. Для определения транспорта/высвобождения ионов серебра из композиции AgNP-CHI-APTES ее разбавляли, пропускали через фильтр с границей отсечения 50000Да и измеряли концентрации серебра в пермеате и ретентате. Согласно полученным данным, повышение содержания АПТЭС в составе композиции приводило к снижению высвобождения серебра. Кроме того, было показано, что наличие в исходном гумате карбоната натрия препятствует конверсии ионного сереба в наночастицы: такие препараты («Иркутский гумат», «Генезис») характеризуются высокой долей высвобождения серебра. 5. Данный этап был посвящен изучению наличия у ГВ собственной антибактериальной активности, либо способности усиливать активность антибиотиков. Для проведения скрининга использовали 29 препаратов ГВ из всех основных источников (уголь, торф, почва, вода, сапропель) и различного фракционного состава (гуминовые кислоты, фульвокислоты, гиматомелановые кислоты, нефракционированные препаратв ГВ). В качестве антибиотиков выбирали наиболее перспективные с точки зрения применения в гелевых композициях для наружного применения: хлорамфеникол, тетрациклин и эритромицин. Эксперименты проводили на экспресс тест-системе с участием двух штаммов – дикого и генно-модифицированного, – обладающих низкой и высокой чувствиетльностью к антибактериальнйо активности, соотевтственно. Проведенные исследования показали, что в низких концентрациях (1 г/л) ни один препарат ГВ не проявил антибиотикоактивности. Ряд препаратов ГВ проявил антибактериальную активность в концентрациях >100 г/л, что довольно ожидаемо. Нанокомпозиты ГВ с наносеребром оказывали выраженный антибактериальный эффект. В то же время семнадцать из 29 исследованных препаратов ГВ снижали активность хлорамфеникола, девять препаратов снижали активность тетрациклина, гораздо меньшее воздействие оказывали ГВ на эритромицин. Ни одна композиция ГВ+антибиотик не показала синергетической антибактериальной активности. 6. Изучены две экспериментальные серии композиций – на основе CHP-K и CHS-K. В условиях разбавления тестируемых композиций средой для клеток в соотношении 1:10 снижение жизнеспособности клеток FLESH отсутствовало. Хитозан в данной тест-системе или не влияет на скорость пролиферации фибробластов, или несколько снижает её. Гуминовая компонента CHP-К оказывала стимулирующее влияние на пролиферацию фибробластов, компонента CHS-К не влияла на скорость пролиферации клеток. Двухсоставные комбинации CHP-К и CHS-К как с серебром, так и с хитозаном ингибировали пролиферацию фибробластов. Обнаружена стимуляция пролиферации фибробластов под влиянием хлорамфеникола, а также композиций, в которые он входит. Композиции с тетрациклином оказывают антипролиферативное действие на фибробласты. 7. Впервые показано наличие ингибирующей активности гуминовых веществ по отношению к бета-лактамазе TEM-1. Активность проявили гиматомелановые кислоты угля (CHM), гуминовые кислоты угля (CHP), а также фракции CHM, полученные методом градиентного элюирования водно-метанольными растворами. По данным МС ИЦР ПФ для узких фракций ГВ были найдены классы молекулярных компонентов, наличие которых коррелирует с ингибирующей активностью ГВ. Была построена прогностическая модель структура-свойство, которая показала что увеличение ингибирующей активности фракций ГВ связано с увеличением вклада гидрофобных ароматических компонентов - конденсированных таннинов, ненасыщенных малоокисленных соединений и лигнин-подобных компонентов. Данный вывод согласуется с результатами моделирования, проведенному путем анализа активных структур из базы данных ChEMBL. Было найдено 147 структур, проекция которых на диаграмму Ван Кревелена совпала с экспериментально найденными активными структурами. Полученные двумя методами результаты хорошо согласуются между собой и показывают, что ингибирующая активность сильно кореллирует с наличием гидрофобных ароматических компонентов. | ||
2 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | «Бионаноматериалы и композиции с антимикробными и ранозаживляющими свойствами на основе гуминовых веществ» |
Результаты этапа: Командой ученых химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством профессора, д.х.н. Перминовой И.В. получены следующие основные результаты: 1. Выполнена оптимизация свойств гуминовых лигандов в отношении связывания с металлами методами химической модификации и фракционирования по величине кислотности гуминовых компонентов. Для получения модифицированных гуминовых лигандов использовали реакцию окислительной сополимеризации многоатомных фенолов с гуминовыми веществами под воздействием реактива Фентона. Наиболее интересные свойства с точки зрения редокс-активности показали гуминовые лиганды, модифицированные 1,4-гидрохиноном и 2-гидрокси,1,4-нафтохиноном. По данным ИК- и 13С ЯМР спектроскопии для фенол-обогащенных препаратов наблюдалось закономерное увеличение вклада фенольных фрагментов в структуру ГВ. Проведено pH-градиентное фракционирование гуминовых кислот торфа методом твердофазной экстракции. Полученные модифицированные лиганды были использованы для получения наночастиц серебра и цинка и переданы для исследования биологической активности в СибГМУ 2. Для получения нанокомпозиций на основе ГВ с ранозаживляющими свойствами, на втором этапе проекта получали комплексы ГВ с ионами цинка(II), а так же наночастицы ZnO. в среде ГВ. Синтез гуминовых комплексов цинка (ZnHS) вели с использованием нитрата цинка в качестве прекурсора, что открывало возможность проводить совместный синтез нанокомпозиций ZnHS – AgNPs. По данным РФА в полученных препарах ZnHS отсутствовали рефлексы как нитрата цинка, так и оксида, и гидроксида цинка, что говорит о полном переходе цинка в состав рентгеноаморфного комплекса с гуминовыми лигандами. Для разработки методики синтеза наночастиц ZnO в качестве гуминовых лигандов использовали нативные и модифицированные ГВ. Синтез проводили по методу щелочного осаждения гидроксида цинка. Всего было синтезировано 23 препарата. По данным РФА в составе полученных препаратов преобладала фаза ZnO, при этом размер наночастиц закономерно уменьшался от 50 до 15 нм по мере увеличения концентрации гуминового лиганда. Это может быть связано со стабилизацией наночастиц гуминовыми лигандами в процессе синтезе. Изучение размера и морфологии порошковых препаратов ZnO с использованием ПЭМ показало, что частицы при высушивании срастаются и образуют агрегаты с размерами свыше 1 мкм для ZnO в отсутсвие ГВ и 50-200 нм для наночастиц, синтезированных в среде гуминовых лигандов. 3. Для улучшения свойств композиций с антибактериальными свойствами были выполнены работы по оптимизация условий синтеза AgNP, направленные на повышение содержания серебра в рабочей композиции. В результате были найдены условия получения стабильных, редиспергируемых наночастиц Ag при их содержании до 43 ммоль/л, что в два раза превышает содержание Ag в нанокомпозитах, полученных на первом году выполнения проекта. Для усиления антибактериальной активности композиций AgNP-ГВ выполнен синтез наночастиц серебра в среде гуминовых лигандов, модифицированных 2-OH-нафтохиноном и гидрохиноном. Для улучшения свойств композиции предложен способ очистки препаратов AgNP от солей щелочных металлов путем диализа. Выполнен синтез комбинированных препаратов, содержащих Zn и Ag. При этом показано, что наиболее оптимальным подходом является раздельный синтез нанокомпозитов обоих металлов в среде ГВ и последующее смешивание полученных наноматериалов (AgNP, ZnHS / ZnO). При этом удается сохранить важнейшие характеристик указанных наноматериалов. 4. Для получения гелевой лекарственной формы были выполнены рекогносцировочные эксперименты с применением широко используемых в медицине гидрогелей - карбоксиметилцеллюлозы и карбопола. Полученные гелевые композиции показали хорошую стабильность. Были найдены оптимальные концентрации загеливающих субстанций, показана возможность получения гомогенного распределения исследуемых металл-содержащих наноматериалов в среде геля и стабильность размера частиц. Изучение кинетики высвобождения ионных форм Zn2+ и Ag+ из гелевых форм проводили методом диализа при изменении pH, ионной силы и в присутствии конкурирующих лигандов (пептонный бульон, Триc буфер). Было показано преимущественное высвобождение ионов цинка из геля в диализный раствор, содержащий конкурирующие лиганды. Максимальный выход для цинка в пептонный бульон составил 34 %, а для серебра максимальный выход характерен для трис буфера. 5. Ранозаживляющую активность модифицированных фенольных лигандов и их композиций с бионаноматериалами исследовали методом определения фагоцитарной активности моноцитов гепаринизированной крови. Анализ проводили методом проточной цитометрии под влиянием различных гуминовых соединений (n=9). Учитывая, что влияние на интенсивность фагоцитоза является интегральным показателем, позволяющим определить потенциальную противовоспалительную и/или ранозаживляющую способность, выявлено, что наилучшими ранозаживляющими свойствами обладают композиции, модифицированные нафтохиноном или гидрохиноном, и могут быть рекомендованы к дальнейшей разработке в качестве ранозаживляющего средства для использования на ранних стадиях раневого процесса. Проведенный скрининг показал, что композиция CHP –Zn проявила способность несколько снижать активности моноцитов. Целесообразно дальнейшее углубленное изучение противовоспалительных свойств данного состава. 6. Для оценки возможного синергизма между ГВ и сульбактамом/тазобактамом были проведены соответствующие кинетические эксперименты по гидролизу CENTA в присутствии пяти гуминовых ингибиторов, используемых ранее. Были рассчитаны начальные скорости реакций гидролиза и показано, что некоторые фракции действительно проявляют синергетический эффект по отношению к сульбактаму. Были построены прогностические модели «состав – ингибирующая активность в отношении β-лактамаз» для узких фракций ГВ с известными молекулярными составами, которые показали ведущую роль конденсированных таннинов и лигноподобных соединений для ингибирующей активности ГВ. Для установления молекулярной структуры активных компонентов ГВ реализован поиск в базе данных ChEMBL, нанесение которых на диаграмму Ван Кревелена показало хорошее соответствие найденных формул эксперименту в случае ингибирующей активности в отношении бета-лактамаз. Результаты проекта в виде публикаций опубликованы на сайте: https://nhslab.github.io, http://humus.ru | ||
3 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | «Бионаноматериалы и композиции с антимикробными и ранозаживляющими свойствами на основе гуминовых веществ» |
Результаты этапа: В результате выполнения работ по третьему году проекта был предложен и реализован новый способ получения гуминовых лигандов с использование фенолформальдегидной конденсации. Полученные образцы охарактеризовали с помощью ЯМР спектроскопии. Для производных ГВ, полученных фенолформальдегидной конденсацией, характерно большее содержание ароматического углерода – как Car, так и суммарного Car и Car-O – по сравнению с производными, полученными синтезом Фентона: для первых соответствующие значения составили 35-43% (Car) и 47- 51% (Car + Car-O), для вторых – 22-34% и 32-43%. Также образцы были исследованы методом цикловольтамперометрии (ЦВА), при сравнении вольтамперограмм гуминовых кислот и их гидрохинонобогащённой производных можно отметить увеличение интенсивности пика окисления у производной в сравнении с исходными гуминовыми кислотами, также стоит отметить появления катодного пика восстановления, который соответствует восстановлению окислённого гидрохинона, что говорит об увеличении электродонорной способности и перспективности применения данных препаратов. Осуществлена сборка гелей на основе 2% карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) с наполненнением лиофильно-высушенным наночастицами серебра (AgNP) синтезированными в среде гумата натрия (CHP) с содержанием наночастиц серебра в составе геля в соотношении 1:4 AgNP:гумат 0.5 и 2% масс и ZnO 2% масс. В качестве альтернативы КМЦ была выбрана мазь на основе вазелина, в которую вносились сухие препараты CHP-Ag с концентрацией наночастиц в мази – 0.5 и 2% масс. по Ag, а также ZnO – 2% масс. В результате оценки стабильности полученных гелей методами УФ/Вид спектрофотометрии и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) установлено, что при их хранении в темном герметичном контейнере при комнатной температуре не происходит модификационных превращений наночастиц в течении не менее 3х месяцев с момента приготовления. В результате выбора оптимальных композиций были сформированы гели с использованием ПЭГ с соотношениями ПЭГ 400 (Да) : ПЭГ 1500 (Да) 4:1 и 1:2. В обоих видах гелей обнаружено относительно равномерное распределение наночастиц по всему объему геля, а консистенция полученных гелей позволила наносить их на кожу без растекания равномерным слоем. При формировании геля ПАМ было обнаружено, что ненаполненный гель оптимальной консистенции формируется уже при 0.5% масс. ПАМ в воде. Однако, при добавлении в состав геля CHP-Ag из-за повышения ионной силы раствора, гель начинал разжижаться и формирование стабильного геля наблюдалось при концентрации ПАМ 1.5%. Гель ПВП формировали методом электрораспыления на нетканую подложку. В результате нанесения происходило формирование слоя геля толщиной 5 мм на подложке из нетканого материала. Максимальный выход ионов цинка наблюдался из геля КМЦ при диализе через мембрану 13.5 кДа. Высвобождения наночастиц серебра из геля КМЦ практически не наблюдалось. Максимальная доля серебра, высвободившаяся из геля за 12 дней составила чуть более 1%. Изучение скорости высвобождения ионов цинка и серебра из ПЭГ показало, что гель совместно с внесенным в него препаратом CHP-Ag и ZnO полностью проникает через диализную мембрану и истекает через нее за 2 часа. Высвобождение цинка и серебра из геля ПВП, полученного методом электрораспыления, показало высокую скорость высвобождения обоих ионов. Для изучения формирования наночастиц серебра использовали метод флуоресценции. Показано, что тушение больше при взаимодействии с наночастицами, у модифицированной формы больше, чем и немодифицированной, что может быть связано с большей стабилизирующей активностью модифицированных гуминовых лигнадов. Для характеризации координационной сферы Zn в составе комплексов Zn-ГВ были использованы методы рентгеновского поглощения (XANES, EXAFS), которые показали, что цинк содержится в гуматах цинка в виде комплекса, тема самым, повышается его биодоступность и возможности практического применения для медицинских целей. Для изучения антимикробной активности гуминовых гидрогелей их характеризовали взаимодействием ослабленного штамма dTolC а также дикого штамма WT с антибиотиками в присутствии гуминовых препаратов. На ослабленном штамме показано, что при взаимодействии с тетрациклином угольные и торфяные препараты в низких концентрациях (1 и 2 г/л) проявили себя наилучшим образом, уменьшая действие антибиотика. Для хлорамфеникола наблюдались аналогичные закономерности, но один препарат угольной ГК в концентрации 1 г/л (CHA-SH4 - Сахалинский гумат) показал синергетический эффект, тем самым усилив действие антибиотика. При максимальных концентрациях ГВ угольного, торфяного и почвенного происхождения было показано значительное уменьшение антибиотической активности. Для дикого штамма WT в случае с тетрациклином большая часть препаратов выборки (торф, уголь, вода, донные отложения) в малых концентрациях проявили себя как сильные антагонисты. Для хлорамфеникола угольные препараты в малых концентрациях усилили действие антибиотика, в то время как торфяные значительно его уменьшили. При использовании максимальных концентраций ГВ наблюдалось усиление антибиотического активности Проект No 20-63-47070/2022 Страница 17 из 58 как для угольных, так и для торфяных препаратов. Проведена оценка антиоксидантной активности и было отмечено, что производные гуминовых кислот, модифицированные 2-гидрокси-1,4-нафтохиноном, не характеризуются выраженными антиоксидантными свойствами А фульвокислотные образцы, модифицированные гидрохиноном и 2-метилгидрохиноном, показали более высокие антиоксидантные свойства. Проведено исследование фагоцитарной активности моноцитов гепаринизированной крови методом проточной цитометрии под влиянием различных гуминовых соединени, с оценкой общего процента моноцитов, способных к фагоцитозу. Учитывая, что влияние на интенсивность фагоцитоза является интегральным показателем, позволяющим определить потенциальную противовоспалительную и/или ранозаживляющую способность тестируемых композиций, выявлено, что наилучшими ранозаживляющими свойствами обладают композиции на основе FA фульвокислот, CHP, а также гуминовые вещества, модифицированные юглоном (FA-J и CHP-J), и могут быть рекомендованы к дальнейшей разработке в качестве ранозаживляющего средства для использования на ранних стадиях раневого процесса. На основании дерепликационного анализа масс-спектрометрических данных по молекулярному составу активной фракции гуминовых веществ осуществлен выбор низкомолекулярных гуминоподобных лигандов из базы данных ChEMBL. Моделирование молекулярной динамики гуминоподобных лигандов в явно заданном растворителе (воде), показало возможность образования супрамолекулярных агрегатов, которые могут обуславливать ингибиторную активность гуминовых веществ по отношению к β-лактамазе ТЕМ-1. Методом молекулярной динамики впервые исследовано взаимодействие гуминоподобных лигандов с β-лактамазой ТЕМ-1, которое показало неспецифический характер связывания исследуемых лигандов и белка, при этом для одного лиганда была показана возможность связывания с аллостерическим сайтом. Показано, что взаимодействие гуминоподобного лиганда приводит к изменению конформационной подвижности и может оказывать влияние на аффинность связывания сульбактама с β-лактамазой ТЕМ-1. Данное взаимодействие может лежать в основе экспериментально наблюдаемого синергетического действия гуминовых веществ на сульбактам. | ||
4 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | «Бионаноматериалы и композиции с антимикробными и ранозаживляющими свойствами на основе гуминовых веществ» |
Результаты этапа: Командой ученых МГУ имени М.В. Ломоносова получены следующие основные результаты: На 4 году охарактеризована структура и физико-химические свойства 11 гуминовых лигандов и 11 препаратов с AgNP на их основе (элементный анализ, оптическая и ЯМР спектроскопия, циклическая вольтамперометрия), измерена антиоксидантная активность (АОА). Гидрохинон- производные обладают более высоким электродным потенциалом и выполняют роль быстрых доноров электрона, нафтохинон- и гидроксинафтохинон- акцепторными свойствами. Все препараты наносеребра имеют более высокую АО емкость. Тесты по оценке фагоцитарной активности макрофагов показали, что гуминовые кислоты (ГК), их нафтохинонные производные и комплексы с Zn обладают выраженными противовоспалительными свойствами, а фульвокислоты (ФК), гидрохинонпроизводные и их комплексы с Zn обладают высокой ранозаживляющей активностью. Разработаны рекомендации по синтезу. Показано, что синтезированные путем окислительной полимеризации (по Фентону) гидрохинонные производные ГК в композиции с наносеребром обладают превосходящей прочие препараты Ag антимикробной и ранозаживляющей активностью. Это указывает на существенную роль формирования сопряженной ароматической системы в гидрохинонных производных ГК. Показано более равномерное распределение наночастиц Ag в геле 2% карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в сравнении с Flogel (карбопол), смеси полиэтиленгликолей (ПЭГ) и полиакриламида (ПАМ), что позволяет рекомендовать КМЦ в качестве матричного геля. Произведено масштабирование синтеза композиции-лидера CHP-AgNP. Впервые предложено использовать микроволновой синтез вместо традиционного нагревания на водяной бане. Это позволило сократить время синтеза с 4 часов до 4 минут и синтезировать партию CHP-AgNP в количестве 700 г, которая была передана в Военно-медицинскую академию для тестирования. С применением метода просвечивающей электронной микроскопии показано, что использование микроволновой обработки приводит к формированию более мелких наночастиц Ag а (5-7 нм) с меньшей полидисперсностью. Изучен и предложен механизм формирования наночастиц Ag в присутствии ГК, установление которого позволяет проводить синтез наночастиц Ag с контролируемыми размерами. Особо важно, что сопоставимый результат по формированию наночастиц серебра с разерами <10 нм получен для трех разных гуматов угля, включая два гумата отечественного производства. Показано преимущество использования более ароматических и высокомолекулярных ГК и их фенольных производных по сравнению с ФК для синтеза наночастиц Ag: ГК эффективно блокируют рост наночастиц Ag на уровне 5-7 нм - максимально 10 нм, тогда как средний размер наночастиц Ag в растворах ФК - 20 нм и выше. Сравнительное тестирование антимикробной активности CHP-AgNP, полученной методом микроволнового и обычного синтеза, показало сопоставимую активность. Эксперименты по ранозаживлению на крысах были выполнены на трех гелевых формах: КМЦ, ПЭГи и ПАМ, наполненных субстанцией-лидером - CHP-AgNP. Гель КМЦ с наносеребром показал наилучшие результаты – 100% генезиса у испытуемых крыс. Именно данный препарат был рекомендован для лечения плохо заживающих обсемененных ран различной этиологии у людей. Первая клиническая апробация показала успешность разработанной субстанции. Объединение усилий команды МГУ и СибГМУ в вопросах стандартизации будет способствовать скорейшему формированию комплекта нормативной документации для опытно-промышленного регламента и регистрационного досье препарата. Опубликовано и принято в печать 7 статей: 1 «Polymers» (Q1, WoS, Scopus), 2 «Наносистемы: физика, химия, математика» (Q3, Scopus), 1 «Химия растительного сырья» (Scopus), 1 «Бюллетень Сибирской медицины» (Q4, Scopus), 1 «Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии» (Scopus), «Неорганические материалы» (Q3, Scopus). Подготовлена и опубликовано одна публикация в СМИ – в журнале «Коммерсант» https://www.kommersant.ru/doc/6367457. Результаты представлены на конференциях различного уровня, опубликовано 6 тезисов. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".