Новые синтетические органо-неорганические системы на основе направленно функционализированных бипиридинов/ азолоазинов и их комплексов с переменновалентными металлами в составе безреагентных средств для определения клинически значимых аналитов

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 20-13-00142

НазваниеНовые синтетические органо-неорганические системы на основе направленно функционализированных бипиридинов/ азолоазинов и их комплексов с переменновалентными металлами в составе безреагентных средств для определения клинически значимых аналитов

Руководитель Русинов Владимир Леонидович, Доктор 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 №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений

Ключевые слова Портативная диагностическая платформа, электрокатализаторы/медиаторы небиологической природы, наноматериалы, 2,2’-бипиридины, металлокомплексы, азолоазины, холестерин, глюкоза, антиоксидантная емкость, бесферментные сенсоры, иммуносенсоры, микрофлюидика, полимеры с молекулярными отпечатками, инфекционные агенты, онкомаркеры

Код ГРНТИ31.21.27; 31.21.17; 31.19.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен решение проблемы комплексной досимптоматической диагностики социально-значимых заболеваний (сахарного диабета, сердечно-сосудистых, инфекционных и онкологических болезней) посредством развития бесферментных электрохимических методов и сенсоров на основе неорганических и органических катализаторов/медиаторов и создания прототипа портативной диагностической платформы для комплексного персонализированного определения уровня глюкозы, холестерина и антиоксидантной емкости биологических жидкостей, а также экспресс-детектирования инфекционных агентов и онкологических маркеров. Актуальность выбранного направления обусловлена острой необходимостью развития методов диагностики социально-значимых заболеваний. Очевидно, что возникновение одного из этих патологических состояний предрасполагает к развитию другого. Достоверно известны биомаркеры: повышение уровня глюкозы и холестерина в крови, а также общий окислительный стресс (уменьшение антиоксидантной емкости организма). Отклонение от нормы уровня одного из этих факторов и/или их совокупности влечет за собой многократное увеличение рисков развития вышеописанных патологий. Эффективная диагностика невозможна без достоверной аналитической информации о совокупности уровней этих клинических показателей. Экспресс-определение уровня холестерина и глюкозы, как и определение антиоксидантной емкости, сегодня является преимущественно лабораторной процедурой, а современные портативные глюкометры представляют собой ферментативные электрохимические биосенсоры. Использование ферментативных методов и сенсоров имеет ряд недостатков, связанных с их низкой стабильностью и склонностью к денатурациипри изменении условий внешней среды (рН, температура и др), сложностью иммобилизации на поверхность трансдьюсера и ограниченным сроком хранения. Поэтому сегодня наиболее перспективно применение сенсоров на основе чувствительных и селективных соединений небиологической природы: металл-органических комплексов и неорганических солей переходных металлов, наночастиц металлов, сложных оксидов в качестве электрокатализаторов в сочетании с полимерами с молекулярными отпечатками. На сегодняшний день перспективными электрокатализаторами являются новые синтетические полимеры, содержащие фрагменты 2,2’-бипиридинов и их аннелированных и азааналогов, допированных катионами металлов. Синтез и исследование физико-химических свойств таких соединений позволит получить эффективные и надежные катализаторы/медиаторы небиологической природы, которые наряду с наноматериалами станут основой для создания портативной диагностической платформы на основе микрофлюидных технологий для комплексного определения антиоксидантной емкости, уровня холестерина и глюкозы в исследуемый пробах. Успешная реализация проекта позволит заложить основу для дальнейших исследований в области определения других важнейших параметров биологических жидкостей в модульном портативном измерительном устройстве. Особенно актуальной задача экспресс-диагностики становится в случае обнаружения бактериальных или вирусных агентов, а также маркеров онкологических заболеваний. Бактерии и вирусы, помимо непрерывной адаптации к действию фармацевтических препаратов, способны чрезвычайно быстро распространяться в окружающей среде и организме человека. Это неизбежно приводит к развитию массовых инфекционных заболеваний, в том числе абсолютно новых, неизвестных человечеству ранее, тем самым еще более затрудняя задачу ранней диагностики и лечения. В ряде случае обнаружение даже единичных инфекционных агентов может свидетельствовать о реальной угрозе заражения, а незначительное повышение уровня онкомаркеров в крови пациента – о ранних стадиях развития раковой опухоли. Современные диагностические лаборатории используют в своей практике инструментальные биохимические методы анализа, такие как иммуноферментный анализ (ИФА), метод анализа, основанный на полимеразной цепной реакции (ПЦР анализ), серологические методы, а также методы бактериального посева с подсчетом колоний. Все эти диагностические процедуры требуют больших временных, материало- и трудозатрат, а также являются сугубо лабораторными, тогда как задачами зачастую являются быстрое выявление источника заражения «на месте» (on-site) или постановка точного диагноза непосредственно «у постели больного» (Point-of-care testing, POCT). Существенно приблизиться к решению вышеуказанных задач позволит создание портативных средств для экспресс-диагностики, ориентированных на персонализированное использование вне лечебного учреждения. Исследование особенностей процессов иммунохимического взаимодействия в условиях проточной электрохимической микроячейки с использованием в качестве метки азолоазинов - соединений, обладающих сконденсированностью структур в физиологических условиях среды и имеющих высокое сродство с биологическими макромолекулами (в частности, с белками), позволит успешно использовать их с целью разработки новых методов бесферментного электрохимического иммуноанализа и иммуночипов на их основе для количественного определения инфекционных агентов и онкомаркеров. Уникальное сочетание специфичности иммунореакции и детектирование прямого аналитического сигнала от направленно-функционального фрагмента гетероциклической метки азолоазинового ряда, конъюгированной непосредственно с белковой структурой, приведет к существенному увеличению экспрессности, чувствительности и точности анализа, а применение современных портативных электрохимических детекторов позволит создать миниатюрное диагностическое устройство - иммуночип, способный эффективно работать как в стационарных медицинских лабораториях, так и в небольших лечебно-профилактических учреждениях и фельшердско-акушерских пунктах. Уверенность в достижении поставленной цели обусловлена высокой квалификацией руководителя проекта и коллектива исполнителей, имеющих большой методологический и практический опыт как в области органического синтеза, так и в использовании современных методов аналитической химии, включая электрохимические методы синтеза и анализа (см. список публикаций).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Криночкин А.П., Копчук Д.С., Ким Г.А., Шевырин В.А., Ковалев И.С., Садиева Л.К., Сантра С., Зырянов Г.В., Русинов В.Л., Чупахин О.Н. Neutral Lanthanide Complexes of 3-Aryl-6-(quinolin-2-yl) picolinic Acids: Synthesis and Photophysical Studies ChemistrySelect, 2020, Vol. 5, Is. 29, P. 9210-9213. (год публикации - 2020)
10.1002/slct.202000193

2. Савчук М.И., Ковалев И.С., Русинов В.Л., Копчук Д.С., Криночкин А.П., Зырянов Г.В., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. Rapid metal free construction of 3-positioned 2-pyridyl substituent in indoles Mendeleev Communications, 2020,Vol. 30, P. 712–713 (год публикации - 2020)
10.1016/j.mencom.2020.11.007

3. Савчук М.И., Старновская Е.С., Штайц Я.К., Криночкин А.П., Копчук Д.С., Сантра С., Рахман М., Зырянов Г.В., Русинов В.Л., Чупахин О.Н. Direct synthesis of 5‑arylethynyl-1,2,4‑triazines via direct CH-functionalization ChimicaTechnoActa, 2020. Vol. 7, P. 104–108 (год публикации - 2020)
10.15826/chimtech.2020.7.3.02

4. Иванова А.В, Герасимова Е.Л., Газизуллина Е.Р. Study of Antioxidant Properties of Agents from the Perspective of Their Action Mechanisms. Review. Molecules, Volume 25, Issue 18, Номер статьи 4251 (год публикации - 2020)
10.3390/molecules25184251

5. Криночкин A.П., Копчук Д.С., Савчук М.И, Штайц Я.К., Старновская Е.С., Горбунов Е.Б., Рыбакова С.С., Кудряшова Е.А., Зырянов Г.В., Чупахин О.Н. The synthesis of aminophenyl-substituted 2,2′-bipyridine ligands by “1,2,4-triazine” methodology AIP Publishing, AIP Conf. Proc., 2021, Vol. 2388, P. 030016-1-030016-4 (год публикации - 2021)
10.1063/5.0068423

6. Р.А. Дрокин, Д.В. Тюфяков, Е.К. Воинков, П.А. Слепухин, Е.Н. Уломский, Я.Л. Есаулкова, А.С. Волобуева, К.С. Ланцева, М.А. Мисюрина, В.В. Зарубаев, В.Л. Русинов Методы синтеза и противовирусная активность новых 4-алкил-3-нитро-1,4-дигидроазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-4-олов Химия гетероциклических соединений, 57(4), 473-478 (год публикации - 2021)

7. Т.С.Свалова, М.В.Медведева, Р.А.Зайдуллина, А.Н.Козицина SMALL ORGANIC MOLECULES FOR SELECTIVE ELECTROCHEMICAL DETERMINATION OF NITROAROMATIC COMPOUNDS издательство Уральского Федерального университета, с.64 (год публикации - 2021)

8. А.В. Охохонин, К.О. Токмакова, Т.С.Свалова, А.И.Матерн, А.Н.Козицина Electrocatalytic oxidation of glucose in a neutral medium on an electrode modifi ed by carboxylated multi-walled carbon nanotubes and by silver and palladium Russian Chemical Bulletin, International Edition, том 70, №6, стр 1191—1198 (год публикации - 2021)
10.1007/s11172-021-3204-5

9. Охохонин А.В., Козицина А.Н. Применение органических комплексов и солей металлов в качестве электрокатализаторов и магнитных молекулярно-импринтированных полимерных наночастиц в микрофлюидной проточной ячейке V Международная научно-практическая конференция «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (MOSM 2021), с. 65 (год публикации - 2021)

10. Девятова М.И., Охохонин А.В., Матерн А.И., Козицина А.Н. Бесферментное электрохимическое окисление глюкозы в нейтральной среде с использованием органических комплексов палладия (II) в качестве электрокатализаторов V Международная научно-практическая конференция «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (MOSM 2021), с. 134 (год публикации - 2021)

11. Изможерова Ю.В., Охохонин А.В., Козицина А.Н. Электрохимические и электрокаталитичекие свойства комплексов никеля (II) и меди (II) с производными бипиридина и триазина по отношению к глюкозе V Международная научно-практическая конференция «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (MOSM 2021), с. 204 (год публикации - 2021)

12. Криночкин А.П., Валиева М.И., Старновская Е.С., Штайц Я.К., Рыбакова С.С., Шарафиева Э.Р., Копчук Д.С., Зырянов Г.В., Русинов В.Л. СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К (3-ТИЕНИЛ)-СОДЕРЖАЩИМ ПРОИЗВОДНЫМ 2,2’-БИПИРИДИНОВ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ МОНОМЕРАМ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПОЛИМЕРИЗАЦИИ Доклады Российской академии наук. ХИМИЯ, НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ (год публикации - 2022)

13. Охохонин А.В., Степанова М.И., Свалова Т.С., Козицина А.Н. A new electrocatalytic system based on copper (II) chloride and magnetic molecularly imprinted polymer nanoparticles in 3D printed microfluidic flow cell for enzymeless and Low-Potential cholesterol detection Journal of Electroanalytical Chemistry, 924,116853 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jelechem.2022.116853

14. Герасимова Е., Газизуллина Е., Колбацкая С., Иванова А. The Novel Potentiometric Approach to Antioxidant Capacity Assay Based on the Reaction with Stable Radical 2,2′-diphenyl-1-picrylhydrazyl Antioxidants, 11, 1974 (год публикации - 2022)
10.3390/antiox11101974

15. Р. А. Дрокин, Е. А. Фесенко, П. Н. Можаровская, М. В. Медведева, Т. С. Свалова, А. Н. Козицина, Я. Л. Есаулкова, А. С. Волобуева, В. В. Зарубаев, В. Л. Русинов 4-Гидрокси-3-нитро-1,4-дигидротриазоло-[5,1-с][1,2,4]триазины: синтез, противовирусные свойства и электрохимические характеристики Известия Академии наук. Серия химическая, 2022, № 11, стр. 2460-2466 (год публикации - 2022)

Публикации