Полифункциональные частицы оксидов неметаллов и макроциклических соединений для 3D конструктора самособирающихся наноструктур

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 18-73-10094

НазваниеПолифункциональные частицы оксидов неметаллов и макроциклических соединений для 3D конструктора самособирающихся наноструктур

Руководитель Якимова Людмила Сергеевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" , Республика Татарстан (Татарстан)

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «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; 03-405 - Наноструктуры и кластеры. Супрамолекулярная химия. Коллоидные системы.

Ключевые слова тиакаликс[4]арены, пиллар[5]арены, диоксид кремния, самосборка, полиэлектролитные ассоциаты, биополимеры

Код ГРНТИ31.15.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на создание универсального 3D конструктора путем комбинирования полиионных функционализированных платформ для решения задач биомедицинской диагностики, генной терапии (невирусные векторы), систем адресной доставки. Полиионные функционализированные платформы находят широкое применение в биомедицине, катализе, косметической промышленности, нефтедобыче и т.д. Ключевой областью их применения является биотехнология, в частности полиэлектролитное капсулирование и создание наноконтейнеров для адресной доставки, защиты, хранения и пролонгированного высвобождения биологически активных соединений, генетического материала. Поиск новых супрамолекулярных материалов и их адаптация к конкретным задачам биомедицинской диагностики и фармацевтики сводятся к регулированию гидрофобно-гидрофильного баланса, контролю биосовместимости, отсутствию острой токсичности, в ряде случаев – обеспечению биодеградации и выноса продуктов распада из организма. Поэтому поиск новых материалов, удовлетворяющих этим требованиям, для создания систем с управляемыми свойствами для решения задач биомедицинской диагностики, генной терапии (невирусные векторы), систем адресной доставки является актуальной проблемой. Предлагаемый нами поход к получению 3D конструктора самособирающихся наноструктур заключается в комбинировании нетоксичных полиионных функционализированных платформ (компонентов конструктора) - поликатионных и полианионных деказамещенных пиллар[5]аренов, тетразамещенных тиакаликс[4]аренов и полифункционализированного диоксида кремния. Разрабатываемые компоненты конструктора в строго определенных условиях в зависимости от природы заместителей (катионной/анионной формы) будут способны к самосборке в 3D наноразмерные ассоциаты с различным по знаку и величине зарядом на поверхности. Комбинация как одноименных, так и разноименных платформ в различных стехиометрических соотношениях посредством электростатических взаимодействий позволит изменять заряд поверхности, устойчивость коллоидных систем, способность «упаковывать» биомакромолекулы. Для получения модельных компонентов 3D конструктора самособирающихся наноструктур будет осуществлена функционализация пиллар[5]аренов, тиакаликс[4]аренов и наночастиц диоксида кремния полиионными фрагментами - аммониевыми, гуанидиниевыми и карбоксилатными, сульфонатными. Исходя из устойчивости полиэлектролитных ассоциатов и общего поверхностного заряда будут выбраны потенциальные кандидаты для взаимодействия с биомакромолекулами: общий положительный заряд катионных ассоциатов способствует формированию компактных комплексов с полианионной нуклеиновой кислотой (ДНК, РНК), а также взаимодействию последних с отрицательно заряженными клеточными мембранами; общий отрицательный заряд анионных ассоциатов будет способствовать формированию компактных комплексов с белками. Послойная самосборка полиэлектролитных ассоциатов с флуоресцентными красителями позволит создать новые молекулярные системы для анализа проникновения полиэлектролитного комплекса-ассоциата с использованием флуоресцентной метки внутрь клеток. Для разработанных полиэлектролитных супрамолекулярных материалов в составе 3D наноконструктора будет использован комплексный подход, включающий адаптацию структуры и функционала полиионных ассоциатов по результатам определения их эффективности взаимодействия с биополимерами и «упаковывания» их в наноразмерные комплексы. Для этого будут применяться различающиеся по общему заряду поверхности и по устойчивости полиэлектролитные ассоциаты, образованные комбинацией противоположно заряженных одноименных и разноименных платформ. Разработанный наноконструктор будет востребованы не только в медицине, но и в экологии и контроле качества продуктов питания, при широком внедрении он способы улучшить уровень диагностики и здоровья населения в целом. Супрамолекулярные интерполиэлектролитные ассоциаты, разработанные в ходе выполнения Проекта, могут быть использованы при дальнейшем получении систем направленной доставки лекарственных препаратов и покровных материалов с лекарственным направлением.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Якимова Л.С.,Падня П.Л., Терешина Д.С., Кунафина А.К., Нугманова А.Р., Осин Ю.Н., Евтюгин В.Г., Стойков И.И. Interpolyelectrolyte mixed nanoparticles from anionic and cationic thiacalix[4]arenes for selective recognition of model biopolymers Journal of Molecular Liquids, V. 279, P. 9–17 (год публикации - 2019)
10.1016/j.molliq.2019.01.099

2. Якимова Л.С., Нугманова А. Р., Евтюгин В. Г., Осин Ю. Н., Стойков И. И. Mixed systems based on aminated and sulfonated silica nanoparticles: synthesis, self-assembly, and selective adsorption of certain biopolymers Russian Chemical Bulletin, International Edition, Vol. 68, No. 2, pp. 262—269 (год публикации - 2019)
10.1007/s11172-019-2381-y

3. Зиатдинова Р.В.,Назарова А.А., Якимова Л.С.,Мостовая О.А., Калинин В.И., Осин Ю.Н., Стойков И.И. Polyelectrolyte nanoparticles based on functionalized silica and pillar[5]arene derivatives for recognition of model proteins Russian Chemical Bulletin, International Edition, Vol. 68, No. 11, pp. 2065-2074 (год публикации - 2019)
10.1007/s11172-019-2667-0

4. Якимова Л.С., Вавилова А.А., Стойков И.И. Hybrid Silica Materials: Synthesis and Recognition of Oligo- and Polynucleotides, Proteins Nova Science Publishers, Inc., New York, USA, Volume 56 (год публикации - 2019)

5. Якимова Л.С., Нугманова А.Р., Мостовая О.А., Вавилова А.А., Шурпик Д.Н., Мухаметзянов Т.А., Стойков И.И. Nanostructured polyelectrolyte complexes based on water-soluble thiacalix[4]arene and pillar[5]arene: self-assembly in micelleplexes and polyplexes at packaging DNA Nanomaterials, 10(4), 777 (год публикации - 2020)
10.3390/nano10040777

6. Якимова Л.С., Вавилова А.А., Шибаева К.С., Султанаев В.Р., Мухаметзянов Т.А., Стойков И.И. Supramolecular approaches to the formation of nanostructures based on phosphonate-thiacalix[4]arenes, their selective lysozyme recognition Elsevier, Номер статьи 125897 (год публикации - 2020)
10.1016/j.colsurfa.2020.125897

7. Якимова Л.С., Нугманова А.Р., Шурпик Д.Н.,Падня П.Л., Мухаметзянов Т.И., Стойков И.И. Micelleplexes and Рolyplexes with DNA from Salmon Sperm Based on Pillar[5]arenes and Thiacalix[4]arene AIP Conference Proceedings (год публикации - 2021)

Публикации