КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 18-75-00080

НазваниеРазработка новых низкодозных антиоксидантных гепатопротекторных препаратов наноселена с целевой доставкой к клеткам печени и пролонгированным действием

РуководительЗверева Марина Владимировна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное учреждение науки Иркутский институт химии им. А.Е.Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутская обл

Срок выполнения при поддержке РНФ 07.2018 - 06.2020 

КонкурсКонкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-109 - Клиническая лабораторная диагностика и нанотехнологии в медицине

Ключевые словаПечень, наноселен, антиоксидантная активность, гепатотропные полисахариды, квантовые точки, нанокомпозиты, арабиногалактан, галактоманнан, каппа-каррагинан, гепатопротекторы

Код ГРНТИ31.23.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проблема создания новых высокоэффективных таргетных антиоксидантных препаратов ЯВЛЯЕТСЯ ОСОБЕННО АКТУАЛЬНОЙ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ НАРАСТАНИЯ РЕДОКС-ОБУСЛОВЛЕННЫХ ПАТОЛОГИЙ, резко снижающих качество и продолжительность жизни человека. Одним из основных требований, предъявляемых к потенциальным антиоксидантам, является рациональное сочетание их антирадикальной активности, избирательности действия на органы-мишени (наиболее подверженные свободнорадикальным повреждениям при конкретной патологии) при минимальных побочных эффектах. Однако, применяемые на сегодняшний день антиоксиданты характеризуются системным действием и часто излишней химической активностью, что может сопровождаться массой побочных эффектов на весь организм. ОСНОВНАЯ ИДЕЯ ПРОЕКТА СОСТОИТ В РАЗРАБОТКЕ И РЕАЛИЗАЦИИ КОМПЛЕКСА ОРИГИНАЛЬНЫХ ПОДХОДОВ К СОЗДАНИЮ НОВЫХ НИЗКОДОЗНЫХ АНТИОКСИДАНТНЫХ ГЕПАТОПРОТЕКТОРНЫХ ПРЕПАРАТОВ НАНОСЕЛЕНА С ЦЕЛЕВОЙ ДОСТАВКОЙ К КЛЕТКАМ ПЕЧЕНИ. ЗАЯВЛЯЕМЫЙ ЭФФЕКТ ВПЕРВЫЕ БУДЕТ ДОСТИГНУТ за счет включения наночастиц элементного селена, являющегося важнейшим звеном антиоксидантной системы организма, в макромолекулы водорастворимых гепатотропных галактозосодержащих полисахаридов - арабиногалактана, галактоманнана и каппа-каррагинана. В результате селеновые наночастицы будут направленно доставляться в организме к клеткам печени и связываться с их асиалогликопротеиновыми рецепторами посредством галактозосодержащих полисахаридных макромолекул, высокотропных к этим рецепторам (по данным литературы и научного задела заявителя, защищенного патентом). Введенные таким образом в организм очень малые (эссенциальные) дозы элементного селена будут при этом перераспределяться и концентрироваться непосредственно на биомишенях - клетках печени в уже терапевтически требуемых концентрациях. Целевой (на гепатоцитах) антиоксидантно-антирадикальный эффект препарата будет экстремально усилен многоатомной структурой каждой наночастицы, состоящей из тысяч атомов селена (Рисунок 1. Приложение 1). В результате каждая наночастица Se(0), связанная с клеткой печени через макромолекулу полисахарида, будет способна эффективно перехватывать те же тысячи агрессивных свободных радикалов, атакующих гепатоцит, в отличие от любых мономолекулярных антиоксидантов (Рисунок 1. Приложение 1). Проектом предполагается количественная оценка собственно антиоксидантных эффектов полученных селеновых нанобиокомпозитов на основе галактозосодержащих полисахаридов in vitro и in vivo (с определением содержания в сыворотке крови основных продуктов перекисного окисления липидов, активности селенсодержащих ферментов восстановленного и окисленного глутатиона, супероксиддисмутазы, а также изменения концентрации жирорастворимых витаминов). Для наиболее перспективных селеновых нанобиокомпозитов, помимо антирадикальной и гепатопротекторной активности, будет детализирована их токсичность. Кроме того, проектом предполагается получение фундаментальной информации о влиянии наноморфологических характеристик (форма, размер тип лигандного окружения) полученных наночастиц Se(0) и фазового состояния селена на их биологическую (антиоксидантную) активность с оценкой их токсичности. Таким образом, В РЕЗУЛЬТАТЕ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА БУДУТ СОЗДАНЫ НОВЫЕ НИЗКОДОЗНЫЕ АНТИОКСИДАНТНЫЕ ГЕПАТОПРОТЕКТОРНЫЕ НАНОСЕЛЕНОВЫЕ СУБСТАНЦИИ С ПРИНЦИПИАЛЬНО СНИЖЕННЫМ УРОВНЕМ ПОБОЧНЫХ ЭФФЕКТОВ, перспективные для разработки на их основе препаратов для ветеринарии и медицины.

Ожидаемые результаты
По окончании проекта ожидаются следующие научные результаты мирового уровня: 1. Впервые оригинальными экологически чистыми и ресурсосберегающими методами будут синтезированы нанобиокомпозиты, представляющие собой наночастицы элементного селена, инкапсулированные в макромолекулы гепатотропных галактозосодержащих полисахаридов арабиногалактана, галактоманнана и каппа-каррагинана. 2. Будут получены исчерпывающие данные о строении и морфологии полученных новых нанобиокомпозитов элементного селена с помощью комплекса взаимодополняющих визуальных (электронная просвечивающая, сканирующая, туннельная зондовая и атомно-силовая микроскопии), рентгеновских (РФА) и спектральных (ЭПР-, ИК-спектроскопия, электронная оптическая и фотолюминесцентная спектроскопия) методов исследования. 3. Будут исследованы и оценены антирадикальные свойства полученных селеновых нанобиокомпозитов в экспериментах in vitro на антиоксидантных гидрофильных и липофильных модельных системах мирового уровня. 4. Будет получена фундаментальная информация об антирадикальных свойствах новых селеновых нанобиокомпозитов в экспериментах in vivo с количественной оценкой содержания в сыворотке крови основных продуктов перекисного окисления липидов, активности селенсодержащих ферментов восстановленного и окисленного глутатиона, супероксиддисмутазы, а также изменения концентрации жирорастворимых витаминов. 5. Будут оценены антиоксидантные гепатопротекторные свойства новых нанобиокомпозитов элементного селена на модели токсического гепатита с детализацией их профилактического и терапевтического антидотного эффектов и определением патоморфологических изменений печени и всех основных органов экспериментальных животных. 6. Будет получена фундаментальная информация о влиянии наноморфологических характеристик (форма, размер тип лигандного окружения) полученных наночастиц Se(0) и фазового состояния селена на их биологическую (антиоксидантную) активность с оценкой их токсичности. 7. Будет получена фундаментальная информация о возможности практического использования люминесцентных свойств наночастиц (квантовых точек) Se(0) для наблюдения за гепатотропным связыванием их с клетками печени, а также для изучения люминесцентными методами фармакодинамики и фармакокинетики этого наноструктурированного потенциально люминесцирующего препарата. 8. Будет изучена токсичность и установлены при этом морфологические изменения в органах-мишенях, индуцируемые действием новых селенсодержащих нанобиокомпозитов. 9. Полученные результаты будут опубликованы, в соответствие с условиями конкурса, в не менее двух публикациях в изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus). Таким образом, РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТА НАЙДУТ СВОЕ НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЕ ВОПЛОЩЕНИЕ В УЛУЧШЕНИИ ЗДОРОВЬЯ И ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ В ВИДЕ НОВЫХ ЛЕКАРСТВ И ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ПРИНЦИПИАЛЬНО БОЛЕЕ ВЫСОКОГО УРОВНЯ ПРОФИЛАКТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ РЕДОКС-ОБУСЛОВЛЕННЫХ ПАТОЛОГИЙ ПЕЧЕНИ токсической, вирусной, микробной, онкологической и другой природы.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1) Разработана и оптимизирована универсальная методика генерирования высокореакционноспособных селенид-анионов из товарного элементного селена в основно-восстановительной системе «гидразингидрат-гидроксид калия». С использованием сгенерированных таким образом высокореакционноспособных ионов Se(2-) выступающих в качестве прекурсоров селена, а также стабилизирующего потенциала природных доступных биологически совместимых и активных полисахаридов арабиногалактана, галактоманнана и каппа-каррагинана нами осуществлен синтез ряда водорастворимых нанобиокомпозитов элементного селена с его содержанием 0.3-3.0 %. Полученные Se(0)-содержащие нанокомпозиты представляют собой водорастворимые порошки оранжевого или красно-оранжевого цвета с практическим выходом 79-94 % в пересчете на полисахарид и селен. Варьирование количественного содержания селена в нанобиокомпозитах осуществляли изменением соотношения Se(2-)/полисахарид. Наиболее выраженная стабилизирующая емкость наблюдалась для полисахарида галактоманнана. На его основе успешно синтезированы нанокомпозиты содержащие 0.4-3.0 % Se(0). Тогда как арабиногалактан и каппа-каррагинан проявили менее выраженную стабилизирующую емкость. Увеличение процентного содержания селена в составе нанокомпозита сопровождается ростом среднего размера частиц с 4.6 до 11.0 нм, с 13.0 до 24.0 и с 16.0 до 21.0 нм в нанокомпозитах на основе каппа-каррагинана, галактоманнана и арабиногалактана соответственно, а также увеличением их полидисперсности. Экспериментально установлено, что наиболее оптимальной температурой синтеза нанобиокомпозитов элементного селена является температура 60° С. При данной температуре, наиболее эффективно, осуществляется контроль наноморфологических и структурных характеристик нанокомпозитов, а получаемые образцы характеризуются агрегативной и фазовой устойчивостью и достаточно узким размерным распределением. Проведение синтеза Se(0)НЧ при комнатной температуре увеличивает его продолжительность, а также определяет низкую агрегативную стабильность получаемых нанокомпозитов. Высокие температуры синтеза (70-98° С) приводят к формированию более крупных Se(0)НЧ с высокой степенью полидисперсности, с ярко выраженной тенденцией к фазовому переходу селена в готовом нанокомпозите из аморфной модификации в форму гексагонального кристаллического селена. 2) Разработан новый способ получения водорастворимых агрегативно-устойчивых нанобиокомпозитов элементного селена с использованием в качестве его источника фосфорорганических соединений, в нашем случае - бис(2-фенилэтил)фосфинодиселенофосфината калия, а в качестве стабилизатора природных полисахаридов – арабиногалактана, галактоманнана и каппа-каррагинана. Содержание Se(0) в полученных нанокомпозитах, в зависимости от условий синтеза, варьировали в интервале 0.5-4.6 %. В результате взаимодействия бис(2-фенилэтил)фосфинодиселенофосфината калия с перекисью водорода происходит его окисление до бис(2-фенилэтил)фосфината калия, сопровождающееся выделением атомов элементного селена. Образовавшиеся на этом этапе атомы селена коалесцируют друг с другом с формированием Se(0)НЧ с последующей их стерической и электростатической стабилизацией макромолекулами арабиногалактана, галактоманнана и каппа-каррагинана. Установлено, что полученные данным методом нанокомпозиты формируются в виде наночастиц аморфного селена с формой близкой к сферической, диспергированных в полисахаридных матрицах арабиногалактана, галактоманнана и каппа-каррагинана. При этом, средний размер Se(0)НЧ в зависимости от типа матрицы и исходного соотношения реагентов варьировался в интервале от 34.0 до 59.0 нм. 3) Выполнен комплексный анализ состава, строения и наноморфологии синтезированных нанокомпозитов с привлечением современных физико-химических методов исследования. C использованием ИК-спектроскопии обнаружено непосредственное участие функциональных групп полисахаридов (гидроксильные группы, сульфогруппы, терминальные альдегидные группы) в стабилизации формирующихся Se(0)НЧ. Установлено, что в зависимости от типа стабилизирующей матрицы и количественного содержания селена, нанокомпозиты являются либо рентгеноаморфными, либо аморфно-кристаллическими веществами. Отсутствие рефлексов отражений соответствующих кристаллографическим плоскостям кристаллического Se (гексагональный, тригональный, ромбический, моноклинный) на дифрактограммах нанокомпозитов с небольшим содержанием селена (0.3-2.0 %), а также в случае использования в качестве стабилизирующих матриц арабиногалактана и каппа-каррагинана свидетельствует о формировании аморфной модификации селена. Тогда как нанокомпозиты на основе галактоманнана при содержании селена свыше 3.0 % имели аморфно-кристаллическую структуру. Согласно данным просвечивающей электронной микроскопии, нанокомпозиты синтезированные из объемного образца товарного селена формируются в виде частиц с формой близкой к сферической, диспергированных в полисахаридных матрицах. Средний размер наночастиц селена в зависимости от условий синтеза варьируется в интервале от 4.6 до 24.0 нм. При этом повышение содержания селена в составе нанокомпозитов сопровождалось увеличением среднего размера частиц с 4.6 до 11.0 нм, с 13.0 до 24.0 нм и с 16.0 до 21.0 нм для нанокомпозитов на основе каппа-каррагинана, галактоманнана и арабиногалактана соответственно. Размерный диапазон наночастиц составляет от 3.0 до 35.0 нм и является наиболее широким для нанокомпозитов на основе арабиногалактана, а также в образцах с содержанием селена свыше 1.3 %. Нанокомпозиты синтезированные с использованием в качестве прекурсора селена бис(2-фенилэтил)фосфинодиселенофосфината калия также формируются в виде сферических частиц диспергированных в полисахаридных матрицах. Однако размерный диапазон наночастиц селена в их составе является более широким (от 28.0 до 87.0 нм), а их средний размер в зависимости от типа матрицы и исходного соотношения реагентов варьировался в интервале от 34.0 до 59.0 нм. Обнаружено, что все синтезированные нанобиокомпозиты элементного селена дают в спектрах ЭПР сложный широкий сигнал со средними значениями g-фактора 2.2 и шириной 900 Гс и узкий синглет в районе g-фактора 2.005 и шириной около 7 Гс, при этом ширина обоих сигналов зависит от размеров наночастиц селена. Широкая линия объясняется сильным диполь-дипольным взаимодействием между частицами, в структуре микрокристаллитов которых может находиться значительное количество неспаренных электронов. Увеличение ширины сигнала с ростом размера наночастиц может объясняться усилением обменных взаимодействий в укрупняющихся частицах и, соответственно, укорочением времени релаксации. Можно предположить, что узкий сигнал относится к малым кластерам нульвалентного селена или присутствующим в нанокомпозитах свободным радикалам от полисахаридной матрицы, дающим сигналы в этой же области. Широкий сигнал может быть обусловлен электронами проводимости (CESR) наночастиц. Обнаружено, что спектры оптического поглощения водных растворов всех синтезированных нанобиокомпозитов в спектральном диапазоне 190-800 нм имеют невыразительный характер с плавным ростом в области высоких энергий и небольшим плато области 280-290 нм и 530 нм характерным для коллоидных растворов аморфного селена. Спектры люминесценции водных растворов нанокомпозитов на основе арабиногалактана и каппа-каррагинана характеризуются наличием узкой симметричной полосы с максимумом в области 660 нм. При этом ее положение и интенсивность определялись процентным содержанием селена в нанокомпозите, а соответственно и размерными характеристиками наночастиц. Установлено, что увеличение количественного содержания селена в составе нанокомпозита с 0.3 до 1.5 % сопровождается незначительным сдвигом максимума люминесценции в длинноволновую область (с 663.5 нм до 666.5 нм), а также снижением интенсивности и квантового выхода люминесценции с 0.047 до 0.026 %. Предположительно, это может быть обусловлено более высокой интенсивностью свечения Se(0)НЧ малых размеров, являющихся преимущественной составляющей нанокомпозитов с 0.3 % Se(0), а также концентрационным фактором тушения люминесценции. С использованием полученных данных люминесцентной и оптической спектроскопии нами определены средний размер формирующихся наночастиц селена (4.3-4.4 нм) в матрице каппа-каррагинана и оценен характер их дисперсного распределения (от 3.0 до 12.0 нм). Полученные нами расчетные данные хорошо согласуются данными ПЭМ. 4) Исследована антиоксидантная активность всех полученных нанокомпозитов и исходных наностабилизирующих матриц. Экспериментально установлено, что исходные арабиногалактан, галактоманнан и каппа-каррагинан в интервале концентраций 0.25-9.0 мг/мл практически не оказывают ингибирующего влияния на свободный радикал ДФПГ· и катион-радикал АБТС·+, что характеризует данные полисахариды как вещества с крайне низкой антирадикальной активностью. Нанобиокомпозиты селена на их основе в тех же концентрациях проявили выраженное антирадикальной действие (до 50 %). При этом, увеличение количественного содержания Se(0)НЧ в составе нанокомпозитов с 0.25 до 3.0 % сопровождалось снижением величины IC50%ДФПГ с 9.3 до 2.5 мг/мл и IC50% АБТС+• с 2.3 мг/мл до 0.83 мг/мл, что подтверждает непосредственное участие селена в реакциях ингибирования данных свободных радикалов. Обнаружено, что для 50 % нейтрализации 3.17·10-7 моль ДФПГ и 1.5·10-7 моль АБТС достаточно соответственно 3.8·10-7-2.75·10-6 и 1.32·10-7-6.62·10-7 моль Se (0) в составе нанокомпозитов. Данные величины хорошо соотносятся и даже превышают IC50% ДФПГ и АБТС для аскорбиновой кислоты (9.0·10-6 и 9.9·10-7 моль соответственно). Установлено, что увеличение среднего размера Se(0)НЧ сопровождается незначительным повышением величины количества молей селена необходимых для достижения 50 % нейтрализации ДФПГ и АБТС. Наиболее вероятно, данная закономерность обусловлена менее выраженной антиоксидантной активностью у наночастиц большего размера, присутствующих в образцах с повышенным содержанием селена в их составе, что еще раз подтверждает теорию об определяющем влиянии размера наночастиц на их свойства (в том числе биологические). Показано выраженное ингибирующее действие нанобиокомпозитов элементного селена в отношении модельных процессов перекисного окисления липидов мембран живой клетки. Установлено, что наибольшее торможение накопления продуктов перекисного окисления (в диапазоне 39 - 66 %) наблюдалось в случае использования нанокомпозитов с содержанием селена 1.4, 1.5 и 3.0 %, тогда как исходные полисахариды продемонстрировали практически полное отсутствие ингибирующего действия. В целом, необходимо отметить, что величины антиоксидантной активности полученных новых нанобиокомпозитов селена сопоставимы с таковыми для известных высокоактивных антиоксидантов - аскорбиновой кислоты и ионола. 5) Обнаружено выраженное антиоксидантное действие нанокомпозита селена на основе каппа-каррагинана (0.6 % Se) в экспериментах in vivo, проявляющееся в нормализации показателей продуктов перекисного окисления липидов (диеновые коньюгаты, малоновый диальдегид) в крови экспериментальных животных подвергшихся действию тетрахлорметана. Также экспериментально зафиксировано отсутствие гибели животных в группах получавших данный нанокомпозит после затравки CCl4 и в ее отсутствии (по сравнению с группой получившей затравку СCl4 в которой наблюдалось 50 % гибель животных), что свидетельствует о защитном действии синтезированного нами нанокомпозита на животный организм в условиях интенсивных свободнорадикальных повреждений.

 

Публикации

1. - Молодые учёные из Иркутска получили гранты Российского научного фонда "Вести Иркутск" эфир от 15.08.2018, - (год публикации - ).

2. - Сразу три гранта выиграли молодые иркутские химики АС Байкал ТВ "Новости", - (год публикации - ).

3. - Новые лекарства разрабатывают в Иркутске. Восемь молодых ученых получили гранты крупнейшего Российского фонда. Новости "Сей Час" от 14.08.2018, - (год публикации - ).

4. Лесничая М.В., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. In vitro тестирование антирадикальной активности нанобиокомпозитов элементного селена на основе полисахаридной матрицы к-каррагинана Научный форум: Медицина, биология и химия: сборник статей по материалам XX международной научно-практической конференции., Научный форум: Медицина, биология и химия: сборник статей по материалам XX международной научно-практической конференции – № 2 (20). – М.: Изд. «МЦНО», 2019. – С. 44-48. (год публикации - 2019).

5. Лесничая М.В., Сухов Б.Г.,Трофимов Б.А. Перспективы использования природных полимеров для синтеза биологически активных нанобиокомпозитов элементного селена Программа и тезисы докладов I Коршаковской Всероссийской с международным участием конференции "Поликонденсационные процессы и полимеры", Программа и тезисы докладов I Коршаковской Всероссийской с международным участием конференции "Поликонденсационные процессы и полимеры", Москва, 2019, С.54. (год публикации - 2019).

6. Лесничая М.В., Титов Е.А., Сухов Б.Г., Соседова Л.М. Синтез и оценка токсичности нанокомпозитов селена на основе арабиногалактана Актуальные проблемы биомедицины – 2019 : Материалы XXV Всероссийской конференции молодых учёных с международным участием, Актуальные проблемы биомедицины – 2019 : Материалы XXV Всероссийской конференции молодых учёных с международным участием, Санкт-Петербург, 2019, С. 127-128. (год публикации - 2019).

7. Лесничая М.В., Шендрик Р.Ю., Сухов Б.Г. Relation between excitation dependent luminescence and particle size distributions for the selenium nanoparticles in κ-carrageenan shell Journal of Luminescence, Journal of Luminescence, 2019, V. 211, P. 305-313. (год публикации - 2019).


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1) Разработаны оптимальные условия для получения нанокомпозитов с выходом 97 % и в количестве превышающим первоначальные экспериментальные в 100 раз, соблюдение которых позволило увеличить их выход до 97 % и получать до 120 грамм нанокомпозита за один цикл синтеза. Установлено, что наиболее высокие выходы нанокомпозитов, наилучшая воспроизводимость и точный контроль структурных параметров получаемых нанокомпозитов (средний размер наночастиц, степень их полидисперсности, форма и стабильность в твердой фазе и в водном растворе) наблюдались в условиях синтеза наночастиц селена в количестве не превышающим 2.5 % в полисахаридной матрице каппа-каррагинана и арабиногалактана, однако в случае последнего выходы нанокомпозитов при масштабировании синтеза не превышали 84 %. Согласно данным просвечивающей электронной микроскопии форма наночастиц селена стабилизированных полисахаридными матрицами арабиногалактана, галактоманнана и каппа-каррагинана сгенерированных в оптимальных условиях преимущественно не отличалась от сферической. Средний размер наночастиц селена варьировался в интервале 8.0-25.0 нм в зависимости от стабилизирующей матрицы и количественного содержания селена в составе нанокомпозита. Посредством оптической спектроскопии и динамического рассеивания света установлено, что наиболее стабильными в течение 2 месяцев с момента приготовления являются нанокомпозиты с содержанием селена до 2.5 %. Спектры поглощения их водных растворов после двух месяцев хранения в темноте являются практически идентичными спектрам свежеприготовленных растворов. Данные динамического рассеивания света, отражающие дисперсное распределение гидродинамических радиусов частиц присутствующих в растворе также свидетельствуют об отсутствии каких-либо значительных агрегационных процессов в растворе нанокомпозитов в процессе их хранения (до 2 месяцев). 2) Проведено исследование биораспределения и оценена выраженность накопления селена при различных путях (пероральный, внутримышечный и внутрибрюшинный) введения нанокомпозита Se(0)/АГ (2.5 % Se) в организм крыс. Установлено, что при пероральном приеме нанокомпозита выведение селена осуществляется преимущественно с калом и мочой. Концентрация селена в печени и почках во всех опытных группах варьировала в интервале 6.05-7.53 ppm и 7.65-10.31 ppm соответственно с наибольшими значениями при внутрибрюшинном введении и наименьшим при внутримышечном. Однако низкая концентрация селена в кале и шерсти животных третьей и четвертой групп свидетельствует об отсутствии выведения его из организма, что может обуславливать накопление селена при его длительном приеме и проявлении впоследствии им токсических свойств. Вследствие этого дальнейшие эксперименты по исследованию биологической активности Se0-содержащих нанокомпозитов нами проводились с использованием перорального пути их введения. 3) Исследованы гепатопротекторная и антиоксидантная активность полученного нами нанокомпозита Se(0)/АГ (2.5 % Se0), а также установлен дозо-зависимый характер данных активностей в условиях коррекции токсического повреждения печени. Предварительное введение крысам получившим затравку CCl4 нанокомпозита Se(0)/АГ в количестве 0.5 мг/100 г веса не показало значимого снижения их концентрации на 7 день эксперимента. Их уровень составил 412 и 312 U/L соответственно, что свидетельствует о недостаточной дозе селена необходимой для проявления нанокомпозитом своих гепатопротекторных свойств. Увеличение дозы нанокомпозита Se(0)/АГ до 1 мг/100 г веса животного сопровождалось резким снижением концентрации АЛТ в сыворотке крови до значений 206 и 200 U/L соответственно. Снижение (в 2 раза) концентрации АЛТ и практически полная нормализация уровня АСТ в сыворотке, вероятно, обусловлены гепатопротекторным действием наночастиц селена, за счет его активного участия в биосинтезе селенопротеинов и ферментов системы антиоксидантной защиты организма и подавления образования АФК. Введение нанокомпозита Se0/АГ в количестве 5мг/100 г веса животного, сопровождается сохранением высоких концентраций АЛТ и АСТ (391 и 275 U/L соответственно), значение которых близко величине концентрации АЛТ и АСТ во второй группе. Вероятно это обусловлено проявлением токсического эффекта селена присутствующего в данной группе животных в избыточном количестве на фоне протекающего воспалительного повреждения печени. На фоне коррекции токсического повреждения печени у крыс четвертой группы, получивших нанокомпозит Se(0)/АГ в дозе 1мг/100 г веса обнаружено снижение показателей основных продуктов перекисного окисления липидов – ДК, КД_СТ и МДА до величин 1.84 мкМ/л, 0.85 усл. ед. и 2.19 мкМ/л, а также повышение показателя ДС до 1.52 по сравнению с группой крыс затравленных тетрахлорметаном, но не получавших лечения. В сыворотке животных пятой группы получивших нанокомпозит в дозе 5 мг/100 г веса наблюдалось снижение содержания МДА до 2.75 мкМ/л вероятно вследствие частичного включения селена в биосинтез селенопротеинов участвующих в антиоксидантной защите организма, однако вследствие избыточного его количества к положительному антиоксидантному эффекту добавляется токсический эффект селена, идентифицируемый нами по сохранению высоких концентраций эндогенных ферментов АЛТ и АСТ. Кроме того наиболее выраженный витаминосберегающий эффект в процессе коррекции токсического повреждения печени также выявлен в группе получившей нанокомпозит в дозе 1 мг/ 100 г веса. Предварительное его введение способствовало сохранению концентрации α-токоферола (7.89 мкМ/л) и ретинола (0.85 мкМ/л) практически на уровне интактной группы ( 6.87 мкМ/л и 0.71 мкМ/л соответственно) в сравнении с резким падением их концентрации во второй группе получившей затравку без коррекции (4.90 мкМ/л и 0.51 мкМ/л соответственно). 4) Проведено тестирование антирадикальной активности синтезированных Se(0)-содержащих нанокомпозитов посредством хемилюминесцентного детектирования кинетики хемилюминесценции в системе «пероксидаза хрена-перекись водорода-люминол». Использование в качестве антиоксидантов полученных нами Se(0)-содержащих нанокомпозитов сопровождается ингибированием хемилюминесценции, что свидетельствует об определяющей роли наночастиц селена в проявлении нанокомпозитами антирадикальных свойств. Величина ингибирования хемилюминесценции определялась количественным содержанием селена в составе нанокомпозита, их размером и типом его аллотропной модификации. Установлено, что наименее выраженная антирадикальная активность наблюдалась для нанокомпозитов Se/КГ и Se/ГМ с высоким (3.0 %) процентом селена в составе и гексагональным типом его кристаллической решетки. Тогда как, нанокомпозиты содержащие в своем составе наночастицы аморфного селена обладали более выраженной антирадикальной активностью. Их МИК50% в объеме пробы в зависимости от процентного содержания селена и размера наночастиц варьировали в интервале 6.5-13.5 мг/мл, что в пересчете на чистый селен составляет 1.14•10-8 - 8.1•10-8 моль Se(0). Полученные значения находятся в хорошем соответствии с количеством молей аскорбиновой кислоты необходимой для 50 % ингибирования хемилюминесценции (4.0•10-8 моль). 5) В экспериментах in vivo исследовано биологическое действие κ-КГ-стабилизированных наночастиц Se(0) с размерами 6.8 и 24.5 нм с целью оценки влияния размера наночастиц на их биологическую активность. Установлено, что состояние органов крыс после 10-дневного введения нанокомпозитов селена и исходного κ-КГ в дозе 500 мкг/кг не отличалось от состояния контрольной группы. Макроскопическая картина основных органов и систем организма находилась в пределах нормы. Полученные результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными по токсичности нанокомпозитов селена и свидетельствуют о низкой токсичности этих соединений. Микроскопическое исследование печени, почек, легких и головного мозга крыс, получавших нанокомпозиты с размерами частиц Se(0) 6.8 нм и 24.5 нм и исходный κ-КГ, показало, что структура этих органов также не имела статистически значимых отклонений от контроля. Исключением является мозг крыс второй группы, животные которой получали нанокомпозит Se(0)/κ-КГ с размером наночастиц 6.8 нм. В этой группе наблюдалось статистически значимое (р = 0.03) снижение количества клеток астроглии - 278.5 (269.0-292.0) ед. по сравнению с контрольной группой – 336.5 (319.0-364.5) ед. и группами получавшими более крупные наночастицы и исходный каппа-каррагинан – 357.0 (325.5-385.0) ед. и 314.0 (298.5-329.5) ед. соответственно. Кроме того, было обнаружено, что введение крысам нанокомпозита с малым размером частиц уровень концентрации селена в печени, почках и мозге повышается по сравнению с контрольной группой и группой, получившей нанокомпозит с размером частиц 24.5 нм. Наблюдаемое значительное увеличение концентрации селена в головном мозге вероятно обусловлено проникновением наночастиц селена с размером 6.8 нм через гематоэнцефалический барьер, который остается непроницаемым для крупных частиц. В то же время уменьшение количества клеток астроглии, вероятно, связано с воздействием наночастиц селена на структурные элементы сенсомоторной коры головного мозга. Учитывая высокую значимость астроглии в поддержании гомеостаза тканей мозга, такая селективность может привести к существенным изменениям функционального состояния сенсомоторной коры в долгосрочном постконтактном периоде. Выявленная селективность действия исследуемого нанокомпозита с размером наночастицы селена 6.8 нм требует дальнейшего детального изучения. 6) Исследованы люминесцентные свойства полисахарид-стабилизированных наночастиц Se(0), а также на основе спектров люминесценции и поглощения нами оценено дисперсное распределение наночастиц селена в полисахаридных матрицах. Установлено, что наночастицы селена, проявляют свойства квантовых точек, люминесцируя в зависимости от длины волны возбуждающего излучения в спектральном диапазоне 600-790 нм с максимальной интенсивностью в области 630-660 нм. Увеличение размера наночастиц и уширение их дисперсности сопровождается сдвигом максимума люминесценции в длинноволновую область и снижением ее интенсивности. Наименее выраженная люминесценция наблюдалась в случае исследования водных растворов нанокомпозитов селена на основе галактоманнана с высоким (3.0 %) содержанием селена. Согласно данным рентгенодифракционного анализа в данном нанокомпозите селен, представлен в виде кристаллической гексагональной аллотропной модификации, что вероятно и обуславливает отсутствие у данного нанокомпозита люминесцентных свойств, в отличие от нанокомпозитов на основе АГ, КГ и других нанокомпозитов на основе ГМ с небольшим содержанием селена. 7) Проведено определение параметров острой токсичности Se(0)-содержащих нанокомпозитов на основе арабиногалактана (2.5 % Se) и каппа-каррагинана (2.6 % Se) при их однократном парентеральном введении в предельной дозе (2000 мг/кг массы тела (ГОСТ 3241-2013)) белым беспородным мышам-самцам массой тела 30-32 г. Продолжительность наблюдения за экспериментальными животными составляла 14 суток. Оценивалось общее состояние животных (внешний вид, состояние кожных покровов, наличие гиперсаливации, гибель), изменения в поведении. Обнаружено, что в первые часы наблюдения после парентерального введения нанокомпозитов отмечалось незначительное снижение двигательной активности, вялость, и снижение реакции на акустический раздражитель. Спустя сутки после введения нанокомпозитов данные изменения нивелировались и на протяжении оставшегося срока наблюдения внешних признаков отравления у животных не наблюдалось. Гибели животных в течение всего срока наблюдения зарегистрировано не было. По истечению срока наблюдения внутренние органы подвергали макроскопическому обследованию. Внешне животные выглядели опрятно, телосложение правильное, слизистые оболочки гладкие, блестящие, розовые. Грудная и брюшная полость не содержали какого-либо экссудата и спаек. Видимых изменений внутренних органов и желез не обнаружено. С учетом комплекса показателей и отсутствием, за период наблюдения, гибели животных, исследуемые вещества были отнесены к 5 классу опасности (малоопасные вещества).

 

Публикации

1. Лесничая М.В, Карпова Е.А., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Synthesis and in vivo study of biological effects of the selenium on the base of kappa-carrageenan Abstract book of 4th Russian Conference on Medicinal Chemistry with international participants. MedChem Russia 2019, 4th Russian Conference on Medicinal Chemistry with international participants. MedChem Russia 2019 Abstract book – Ekaterinburg : Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2019. – P. 371. (год публикации - 2019).

2. Лесничая М.В., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Антиоксидантная активность наночастиц селена стабилизированных галактозосодержащими полисахаридными матрицами тезисов «Молекулярные Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Сборник докладов Пятой Междисциплинарной конференции и Фармакологии» / под редакцией К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной., тезисов «Молекулярные Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Сборник докладов Пятой Междисциплинарной конференции и Фармакологии» / под редакцией К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. – М. : Издательство «Перо», 2019. – С. 178. (год публикации - 2019).

3. Лесничая М.В., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Разработка "green" синтеза гибридных нанокомпозитов элементного селена на основе природного галактозосодержащего полисахарида галактоманнана Химия и технология растительных веществ: тезисы докладов XI Всероссийской научной конференции с международным участием и школой молодых ученых., Химия и технология растительных веществ: тезисы докладов XI Всероссийской научной конференции с международным участием и школой молодых ученых, Сыктывкар, 2019, С.145. (год публикации - 2019).

4. Лесничая М.В., Шендрик Р.Ю., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Оптические свойства квантовых точек элементного селена в полисахаридной матрице каппа-каррагинана Полифункциональные химические материалы и технологии. Сборник статей. Том 2. / Под ред. Ю.Г.Слижова., Полифункциональные химические материалы и технологии. Сборник статей. Том 2. / Под ред. Ю.Г.Слижова. «Офсет Центр», Томск, 2019. С. 31-33. (год публикации - 2019).

5. Лесничая М.В., Шендрик Р.Ю., Титов Е.А., Сухов Б.Г. Synthesis and comparative assessment of antiradical activity, toxicity, and biodistribution of κ-carrageenan-capped selenium nanoparticles of different size: in vivo and in vitro study IET Nanobiotechnology, - (год публикации - 2020).


Возможность практического использования результатов
Полученные в результате выполнения проекта результаты составляют научную основу для дальнейшего исследования биологического действия синтезированных нами нанокомпозитов элементного селена с целью разработки на их основе и внедрении в практическое применение малотоксичных препаратов на их основе с антирадикальным и гепатопротекторным действием для коррекции радикал-индуцированных повреждений печени.