Редокс-активные нанобиоматериалы на основе диоксида церия

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 19-13-00416

НазваниеРедокс-активные нанобиоматериалы на основе диоксида церия

Руководитель Иванов Владимир Константинович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова диоксид церия; наноматериалы; нанокомпозиты; антиоксиданты; биологическая активность; токсичность; солнцезащитные препараты; окислительный стресс

Код ГРНТИ31.17.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы, связанной с созданием новых редокс-активных нанобиоматериалов (в том числе гибридных органо-неорганических материалов) – компонентов биологически активных препаратов с широкими возможностями практического применения. Конкретной научной задачей, на решение которой направлен проект, является создание новых материалов на основе нанокристаллического диоксида церия (в том числе композиционных и гибридных) – компонентов перспективных биологически активных препаратов, обладающих выраженной антиоксидантной активностью, ранозаживляющим, УФ-протекторным, регенерирующим, бактерицидным действием, обеспечивающих защиту (как терапевтическую, так и профилактическую) клеток и живых организмов в целом от действия ионизирующего излучения. Решаемая в рамках проекта задача носит ярко выраженный комплексный междисциплинарный характер и требует согласованной работы научного коллектива, включающего специалистов в области неорганической и коллоидной химии, неорганического материаловедения, биохимии и биологии. Научная новизна исследований определяется созданием методов получения новых нанобиоматериалов на основе диоксида церия, а также комплексным анализом их биологической активности и защитного действия по отношению к живым системам от негативного действия электромагнитного излучения УФ- и рентгеновского диапазона. Впервые в мире будет проведено комплексное масштабное целенаправленное исследование по синтезу полифункциональных материалов на основе диоксида церия и установлению механизмов их биологической активности. Особое внимание в ходе выполнения проекта будет впервые уделено анализу фотофизических и фотобиохимических свойств материалов на основе CeO2 в зависимости от размерного фактора и лигандного окружения наночастиц. Достижимость успешного решения поставленной задачи и получения запланированных результатов обусловлена следующими факторами. Коллектив исполнителей проекта одним из первых в мире начал систематические исследования в области получения и анализа свойств нанокристаллического диоксида церия, которые продолжаются уже в течение более 10 лет. В результате был создан уникальный задел в области разработки методов направленного синтеза наноматериалов на основе диоксида церия и твердых растворов Ce1–xROy (R = РЗЭ). У коллектива авторов имеется все необходимое синтетическое оборудование для синтеза объектов исследования, оригинальные методики синтеза наноматериалов на основе диоксида церия и значительный опыт исследования физико-химических характеристик этих материалов с использованием взаимодополняющих современных методов анализа. Отработаны специализированные методы комплексного анализа биологической активности наноматериалов. Для выполнения проекта будет использована уникальная панель клеточных культур, имеющаяся в собственном биобанке лаборатории роста клеток и тканей ИТЭБ РАН, а также уникальная приборная база. Исполнители проекта имеют опыт работы с лабораторными животными, достаточный для успешного выполнения заявленных в проекте задач, что обеспечит проведение исследований в соответствии с международными нормами (в том числе этическими). В состав коллектива исполнителей проекта входят признанные специалисты в области синтеза неорганических и гибридных органо-неорганических материалов в высокодисперсном и нанокристаллическом состоянии, в том числе на основе диоксида церия, а также специалисты в области анализа биологической активности нанобиоматериалов с использованием различных культур микроорганизмов и клеток (в том числе мезенхимальных и малигнизированных), а также лабораторных животных. Профессиональный уровень членов научного коллектива подтверждается наличием за последние 5 лет более 100 статей в рецензируемых международных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science/Scopus, из которых более 40 опубликовано в изданиях, относящихся к первому квартилю (Q1) по JCR Science Edition. Решение запланированных в проекте задач внесет существенный вклад в развитие одной из наиболее актуальных междисциплинарных областей современной науки о материалах, связанной с созданием и установлением механизмов функционирования неорганических энзимоподобных соединений, ярким представителем которых является диоксид церия. Помимо этого, выполнение проекта позволит выявить роль размерного фактора и лигандного окружения наночастиц на их окислительно-восстановительные свойства (взаимодействие с активными формами кислорода), а также фотохимические и фотофизические характеристики, разработать методы направленного модифицирования поверхности наночастиц рядом органических соединений (в первую очередь, биологически активных и биологически совместимых), а также установить фундаментальные биохимические механизмы взаимодействия редокс-активных материалов с биологическими системами.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Плахова Т., Романчук А., Буторин С., Конюхова А., Егоров А., Ширяев А., Баранчиков А., Дороватовский П., Хатуэлкер Т., Гербер Е., Баутерс С., Щайност А., Иванов В., Калмыков С., Квашнина К. Towards the surface hydroxyl species in CeO2 nanoparticles Nanoscale, V.11. P.18142–18149. (год публикации - 2019)
10.1039/c9nr06032d

2. Ермаков А.М., Ермакова О.Н., Попов А.Л., Манохин А.А., Иванов В.К. Opposite effects of low intensity light of different wavelengths on the planarian regeneration rate Journal of Photochemistry and Photobiology B (год публикации - 2020)

3. Попова Н.Р., Шекунова Т.О., Попов А.Л., Селезнева И.И., Иванов В.К. Cerium oxide nanoparticles provide radioprotective effects upon X-ray irradiation by modulation of gene expression Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, V.10(5). P.564–572. (год публикации - 2019)
10.17586/2220-8054-2019-10-5-564-572

4. Попов А.Л., Шекунова Т.О., Савинцева И.В., Колманович Д.Д., Иванова О.С., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. Полимерные скаффолды, модифицированные наночастицами диоксида церия. синтез и биологическая активность XXIII Всероссийская конференция с международным участием по неорганическим и органосиликатным покрытиям, С.146. (год публикации - 2019)

5. Созарукова М.М., Шестакова М.А., Теплоногова М.А., Измайлов Д.Ю., Проскурнина Е.В., Иванов В.К. Количественная оценка радикал-перехватывающих свойств и СОД-подобной активности наночастиц диоксида церия в биохимических моделях Журнал неорганической химии (год публикации - 2020)

6. Теплоногова М.А., Щербаков А.Б., Шекунова Т.О., Баранчиков А.Е., Иванова О.С. Синтез стабильных золей CeO2 в среде диметилсульфоксида III Всероссийская конференция с международным участием «Горячие точки химии твердого тела: от новых идей к новым материалам», С.123. (год публикации - 2019)

7. Созарукова М.М., Проскурнина Е.В., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. CeO2 nanoparticles as free radical regulators in biological systems Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, V.11(3). P.324–332 (год публикации - 2020)
10.17586/2220-8054-2020-11-3-324-332

8. Мехта А., Скаммон Б., Шрейк К., Бредихин М., Гиль Д., Шекунова Т., Баранчиков А., Иванов В., Реуков В. Nanoceria: Metabolic interactions and delivery through PLGA-encapsulation Materials Science and Engineering: C, V.114. 111003 (год публикации - 2020)
10.1016/j.msec.2020.111003

9. Жолобак Н.М., Щербаков А.Б., Иванова О.С., Реуков В., Баранчиков А.Е., Иванов В,К. Nanoceria-curcumin conjugate: Synthesis and selective cytotoxicity against cancer cells under oxidative stress conditions Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, V.209. 111921 (год публикации - 2020)
10.1016/j.jphotobiol.2020.111921

10. Козлова Т.О., Миронов А.В., Истомин С.Я., Биричевская К.В., Гиппиус А.А., Журенко С.В., Шаталова Т.Б., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. Meet the Cerium(IV) Phosphate Sisters: CeIV(OH)PO4 and CeIV2O(PO4)2 Chemistry - A European Journal, V.26(53). P.12188–12193 (год публикации - 2020)
10.1002/chem.202002527

11. Козлова Т.О., Теплоногова М.А., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. Солнцезащитный фактор и фактор защиты от УФ-А излучения нанокристаллического диоксида церия II Научно-техническая конференция «Материалы с заданными свойствами на переходе к новому технологическому укладу: Химические технологии», С.75–76 (год публикации - 2020)

12. Лукин А.В., Иванов В.К., Баранчиков А.Е., Прокопов А.А., Лукина Г.И. Регенеративные способности нанокристаллического CeO2 при лечении осложнённого кариеса ХV Международная научная конференция «Актуальные вопросы биологической физики и химии БФФХ – 2020», С.122-123 (год публикации - 2020)

13. Попова Н.Р., Андреева В.В., Хохлов Н.В., Попов А.Л., Иванов В.К. Fabrication of CeO2 nanoparticles embedded in polysaccharide hydrogel and their application in skin wound healing Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, V.11(1). P.99–109 (год публикации - 2020)
10.17586/2220-8054-2020-11-1-99-109

14. Колесник И.В., Щербаков А.Б., Козлова Т.О., Козлов Д.А., Иванов В.К. Сравнительный анализ солнцезащитных характеристик нанокристаллического диоксида церия Журнал неорганической химии, Т.65. №7. С.872–879 (год публикации - 2020)
10.31857/S0044457X20070120

15. Каменева С.В., Иванова О.С. УФ-защитные пленки на основе нанокристаллической целлюлозы, модифицированные наночастицами CeO2 и WO3 Материалы XXVII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2020», секция «Химия», С.645 (год публикации - 2020)

16. Щербаков А.Б., Реуков В.В., Якиманский А.В., Краснопеева Е.Л., Иванова О.С., Попов А.Л., Иванов В.К. CeO2 nanoparticle-containing polymers for biomedical applications: a review Polymers, V.13(6). 924. (год публикации - 2021)
10.3390/polym13060924

17. Ермаков А.М., Каменских К.А., Попов А.Л., Ермакова О.Н., Афанасьева В.А., Иванов В.К. Additive effects of green LED light and cerium oxide nanoparticles on the planarian’s regeneration Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, V.12(2). P.175–181. (год публикации - 2021)
10.17586/2220-8054-2021-12-2-175-181

18. Каменева С.В., Попков М.А., Котцов С.Ю., Козлова Т.О. Synthesis of nanocomposite films and aerogels based on biopolymers modified with metal oxides nanoparticles Научный Вестник СамГУ, С.48-49. (год публикации - 2021)

19. Бешкарева Т.С., Козлова Т.О. Синтез гибридных материалов на основе церий-гадолиниевых золей и тетрапиррольных макроциклов в качестве стабилизаторов XX Конференция молодых ученых ""Актуальные проблемы неорганической химии:физико-химические аспекты создания материаловс функционально-активной поверхностью", Красновидово, 12-14 ноября 2021 г., С.81-82. (год публикации - 2021)

Публикации