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 24-73-10227

НазваниеЛюминесцентные гибридные наносенсоры на основе порфиринатов палладия(II) и апконвертирующих наночастиц для определения растворенного кислорода в живых системах.

РуководительВолостных Марина Владимировна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2024 - 06.2027

Конкурс№98 - Конкурс 2024 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» 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 словаметаллопорфирин, оптический наносенсор, растворенный кислород, гипоксия, апконвертирующие наночастицы, тушение фосфоресценции, живые системы

Код ГРНТИ31.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Уровень растворенного кислорода (РК) в живых системах – это особо важный показатель физиологических и патологических состояний организма (гипоксии/нормоксии/гипероксии), а его оценка является актуальной проблемой в области современной медицинской диагностики. Поскольку изменение концентрации РК в живом организме представляет собой непрерывный, динамический процесс, то для применения в биологии и биомедицине требуются высокоточные, быстрые и методы определения, работающие в режиме реального времени. В последнее время одним из наиболее распространенных подходов к определению и визуализации молекулярного кислорода в биологических средах является применение оптических сенсорных систем (оптодов), способ действия которых основан на тушении (уменьшение интенсивности и времени жизни) люминесценции (флуоресценции (FLIM) или фосфоресценции (PLIM)) красителя-сенсора за счет протекания фотохимической реакции дезактивации его электронного возбужденного состояния молекулами O2. В отличие от различных форм «локализационной визуализации», данные подходы относятся к «функциональной визуализации», поскольку они позволяют не только получить информацию о характере распределения сенсора в образце, но и определить его «статус» и, соответствующее, состояние окружающей среды, через измерение его фотофизических характеристик. В то время как методы FLIM являются общепризнанной частью современных биомедицинских исследований, их аналог, PLIM, являются только зарождающейся областью. Несмотря на большое количество известных триплетных (фосфоресцирующих) люминофоров, только ограниченное число сенсоров, состоящих из Pt/Pd-порфиринов, смогло найти практическое применение в биомедицине. Их получали либо встраиванием гидрофобных фосфоресцентных порфиринов в наночастицы из биосовместимых полимеров, либо дендронизацией порфиринов, с последующей модификацией полиэтиленглколевыми связями. Но даже среди этих примеров, в единичных случаях полосы поглощения и испускания фотосенсибилизатора попадают в «окно прозрачности» биологических тканей (650 -1000 нм). Добавление апконвертирующих наночастиц к поглощающим в УФ или видимой области спектра люминофорам является одним из самых перспективных методов получения оптодов для детекции РК в живых системах. Однако, в литературе представлен пример такой сенсорной системы только на основе фенантролинового комплекса рутения [Ru(dpp)3]Cl2. Не смотря на уникальные фотофизические свойства порфиринатов платины/палладия и апконвертирующих наночастиц исследования по получению люминесцентных кислород-чувствительных систем, объединяющих эти компоненты, отсутствуют. Таким образом, в данном проекте предлагается, используя современные методы органической, координационной и супрамолекулярной химии, разработать синтетические подходы к получению новых фотоактивных в БИК-области спектра гибридных наносенсоров на кислород на основе порфиринатов палладия(II) и апконвертирующих наночастиц. Также планируется исследовать биологические и фотофизические свойства полученных комплексов и оценить их способность к детектированию растворенного кислорода в живых системах (2D и 3D культуры эукариотических клеток). На основе систематического анализа данных планируется отобрать наиболее перспективные сенсорные системы для дальнейшего их применения в биовизуализации гипоксических областей в клетках и тканях.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будет получен широкий ряд фосфоресцентных порфиринатов палладия(II), содержащих как донорные, так и акцепторные заместители, а также карбоксильные кислотные группы в двух и четырех мезо-положениях; также будут получены комплексы палладия(II) с бензопорфиринами, обладающими расширенной -системой. Все синтезированные соединения будут охарактеризованы набором физико-химических методов (1Н ЯМР-спектроскопия, МАЛДИ-ТОФ масс-спектрометрия, ЭСП). Будут получены апконвертирующие наночастицы с заданными фотофизическими свойствами, проведена модификация их поверхности для последующего связывания с целевыми порфиринатами палладия(II). Все соединения будут охарактеризованы спектроскопическими методами исследования. Будет разработана методология получения гибридных оптических наносенсоров на кислород нового типа на основе полученных порфиринатов палладия(II) и апконвертирующих наночастиц с использованием различных типов связывания (адсорбции, ковалентной сшивки, посредством супрамолекулярной сборки). Будут проведены исследования ключевых биологических и фотофизических свойств, определена цитотоксичность в культурах опухолевых и нормальных клеток в темновых условиях и при облучении светом. Будет проведен анализ накопления и распределения полученных люминофоров внутри клеток. Будет исследована способность полученных индивидуальных соединений и гибридных сенсорных наноконструкций к детектированию уровня растворенного кислорода в живых системах - монослойной культуре клеток и культуре опухолевых сфероидов. Будет проведен анализ различий в уровне молекулярного кислорода между внешними слоями сфероида и его ядром. Проведенные исследования позволят получить широкую серию новых люминесцентных сенсоров на растворенный кислород, фотоактивных в области «окна прозрачности биологических тканей» (650-1000 нм) и перспективных для применения в PLIM (phosphorescence life-time imaging) in vivo биовизуализации гипоксических областей в клетках и тканях. Научная и общественная значимость представленной работы и планируемых результатов очень высока, и уровень проекта полностью соответствуют мировому уровню исследований как по постановке задачи, так и по методам ее решения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ