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 23-13-00380
НазваниеАналитические люминесцентные методы для отслеживания релиза инкапсулированного доксорубицина
Руководитель Горячева Ирина Юрьевна, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" , Саратовская обл
Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-205 - Аналитическая химия
Ключевые слова Доксорубицин, мониторинг, системы пролонгированного высвобождения, квантовые точки, люминесцентный анализ, тушение люминесценции, кинетика затухания, ратиометрический анализ, равновесия, константы тушения, константы связывания
Код ГРНТИ31.19.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время для решения целого ряда практических медицинских задач разрабатываются и применяются системы пролонгированного высвобождения активных лекарственных препаратов различного назначения, прежде всего это относится к токсичным препаратам для химиотерапии, так же к антибиотикам и другим сильнодействующим препаратам. Целью разработки систем инкапсуляции пролонгированного высвобождения является создание определенной концентрации медицинского препарата и ее поддержание в терапевтическом диапазоне определенное (продолжительное) время. При этом отсутствие удобных методов мониторинга концентрации высвобождаемых веществ в биожидкостях существенно замедляет разработку, оптимизацию и тестирование новых систем пролонгированного высвобождения (в том числе в сочетании с адресной доставкой, управляемым высвобождением и т.д.). Разработка доступных, чувствительных методов мониторинга концентрации препаратов является актуальной задачей с точки зрения развития высокотехнологического здравоохранения и персонализированной медицины.
Конкретной научной задачей в рамках заявляемого проекта является разработка методов мониторинга доксорубицина в биожидкостях для изучения кинетики релиза из систем пролонгированного высвобождения. Доксорубицин это цитостатический препарат первого выбора для химиотерапии многих видов рака, существуют одобренные и широко применяемые в клинической практике формы пролонгированного высвобождения доксорубицина и активно разрабатываются новые системы с улучшенными свойствами, адресностью, управляемым высвобождением и др. При выраженном запросе общества на разработку систем пролонгированного высвобождения и огромном количестве исследований в области разработки таких систем, остается открытым вопрос о методах определения концентрации высвобождаемых из носителей препаратов в крови и тканях. Существующие методы либо сложны и требуют сложной пробоподготовки, либо ограничены недостаточной чувствительность метода и сильной зависимостью аналитического сигнала от микроокружения определяемого препарата. Сложность оперативного отслеживания концентраций высвобождаемых препаратов усложняет оценку успешности начальных этапов разработки систем пролонгированного высвобождения.
Научная значимость проекта состоит в разработке подходов к аналитическому определению концентрации препаратов для изучения кинетики их высвобождения из инкупсулированных форм по тушению люминесценции полупроводниковых квантовых точек (КТ); определяемый препарат будет выполнять роль тушителя люминесценции. Будут подобраны КТ, связывание с которыми целевого аналита будет максимальным. Это позволит не только получить максимальную чувствительность сигнала люминесценции к присутствию аналита, но и сместить в сторону аналита связанного с поверхностью КТ различные равновесные процессы, включая связывание с компонентами крови, самоассоциацию и др., что позволит расширить линейный диапазон определяемых концентраций и избежать отклонений от линейности, связанных с переходом аналита в другую форму (формы). Такой подход позволит обойти (уменьшить) зависимость от собственных свойств молекул и снизить влияние различных форм существования определяемых препаратов.
Научная новизна проекта состоит в проведении систематического исследования различных структур полупроводниковой части КТ и гидрофильных стабилизирующих лигандов на поверхности КТ для эффективного связывания доксорубицина. Основная проблема, решаемая в проекте – сместить равновесие в анализируемых системах в сторону формы аналита, непосредственно связанной с поверхностью КТ. Это позволит устранить принципиальные ограничения существующих методов определения этих препаратов, связанные с разнообразием форм в которых доксорубицин и другие антрациклиновые препараты присутствуют в растворе.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Цюпка Д.В., Подколодная Ю.А., Худина (Мордовина) Е.А., Коганова Д.Г., Горячева О.А., Абрамова А.М., Горячева И.Ю,
Anthracycline antibiotics detection using turn-off luminescent nanosensors
TrAC Trends in Analytical Chemistry, TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2024, 177, 117774 (год публикации - 2024)
10.1016/j.trac.2024.117774
2.
Пономарева Т.С., Оломская В.В., Абалымов А.А., Анисимов Р.А., Дрозд Д.Д., Дрозд А.В., Новикова А.С., Ломова М.В., Захаревич А.М., Горячева И.Ю., Горячева О.А.
Visualization of 2D and 3D tissue model via size-selected aqueous AgInS/ZnS quantum dots
ASC Applied materials & Interfaces, ASC Applied materials & Interfaces, 2024, 16, 31, 40483–40498 (год публикации - 2024)
10.1021/acsami.4c05681
3.
Дрозд Д.Д., Строкин П.Д., Корнилов Д.А., Дрозд А.В., Буров А.М., Ушаков А.В., Горячева О.А., Горячева И.Ю.
Enhancement of the alloyed CdZnSeS/ZnS quantum dots photoluminescence by thiol ligands capping
Chemical Engineering Journal, Chemical Engineering Journal, 2024, 492, 152278 (год публикации - 2024)
10.1016/j.cej.2024.152278
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Второй год выполнения проекта посвящен оценке аналитических возможностей тушения люминесценции квантовых точек (КТ) различного типа для определения доксорубицина (Докс), сопоставлению аналитических характеристик с известными методиками, апробации методик определения Докс в биожидкостях.
При оценке аналитических возможностей определения Докс на основе тушения в его присутствии люминесценции КТ сравнили различные подходы: (1) На основе изменения интенсивности (тушения) люминесценции КТ в присутствии Докс в растворе в стационарном режиме. На основе исследований первого года выбраны КТТР состава CdZnSeS/ZnS, стабилизированные тиогликолевой (ТГК) и 3-меркаптопропионовой (МПК), и КТ состава AgInS2/ZnS, стабилизированные ТГК. Наибольшую чувствительность к тушению люминесценции в присутствии водных растворов Докс в стационарном режиме продемонстрировали КТТР, стабилизированные МПК (Ksv = 11х10(5) М-1, ПрО = 0,01 мкМ). При определении характеристик связывания Докс с КТТР установлено, что образцы КТ, модифицированные разными лигандами, при одной концентрации имеют близкие значения констант связывания. (2) Ратиометрический подход на основе измерения в стационарном режиме отношения интенсивности люминесценции КТ к интенсивности собственной флуоресценции молекул Докс. На всех типах исследованных КТ реализация данного подхода оказаласть менее эффективной. (3) Времяразрешенный подход, основанный на регистрации времени жизни (кинетики затухания) возбужденного состояния КТ в импульсном режиме в присутствии различных концентраций Докс. С аналитической точки зрения метод так же оказался не эффективным. Однако позсолил доказать статический характер тушения и образование комплекса. Первый более простой подход показал себя более эффективным и далее использовался для определения Докс в биожидкостях.
Особенностью Докс является чрезвычайно низкая доля молекулярной формы в реальных системах, Докс эффективно связывается с белками и другими компонентами крови, а форма нахождения Докс в растворах (протолитические равновесия, формирование димеров и т.д.) зависит от среды. Было установлено, что в цельной крови и неразбавленной плазме невозможно детектировать люминесценцию КТ и, соответственно, ее тушение. Показано, что оптимальным является разбавление плазмы крови в 25 раз. При сравнении спектрофотометрического, спектрофлуориметрического методов, ВЭЖХ-УФ и тушения люминесценции КТ для определения Докс показано, что минимальные значения ПрО Докс получены именно для метода, основанного на тушении люминесценции для отобранных типов КТ. Показано, что Докс количественно переходит в плазму крови после введения добавки в цельную кровь. Сравнение аналитических характеристик разработанных методик с другими методами определения Докс показало, что метод определения Докс на основе тушения люминесценции КТТР обладает наименьшим ПрО (0,02 µг/мл и 0,03 µг/мл для КТ@МПК и КТ@ТГК, соответственно) среди рассмотренных спектрофотометрического, спектрофлуориметрического методов (успешному применению оптических методов препятствует искажение спектров) и ВЭЖХ-УФ (ПрО 0,2 µг/мл).
В целом полученные результаты показали, что на основе тушения люминесценции КТ возможно определение Докс в крови без сложной пробоподготовки (только выделение плазмы и ее разбавление), что важно при разработке метода массового скрининга. Исследование возможности определения Докс в моче по тушению люминесценции КТ показало не рациональность этого подхода. Основные усилия следует сосредоточить на определении Докс (и возможно его метаболитов) в крови, где достаточно простого разбавления плазмы.
Все запланированные результаты получены в полном объеме. По результатам выполнения проекта опубликованы три статьи в изданиях первого квартиля (Chemical Engineering Journal, IF 13.4; TrAC Trends in Analytical Chemistry, IF 11.8; ASC Applied materials & Interfaces, IF 8.5). Полученные в ходе выполнения проекта результаты доложены в виде 13 докладов (2 приглашенных, 7 устных, 4 стендовых) на конференциях разного уровня, из них 11 докладов сделаны молодыми учеными–исполнителями проекта. По материалам докладов, сделанных на конференциях, опубликовано девять статей в материалах конференций, из них две в изданиях, реферируемых в Scopus.
Публикации
1.
Цюпка Д.В., Подколодная Ю.А., Худина (Мордовина) Е.А., Коганова Д.Г., Горячева О.А., Абрамова А.М., Горячева И.Ю,
Anthracycline antibiotics detection using turn-off luminescent nanosensors
TrAC Trends in Analytical Chemistry, TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2024, 177, 117774 (год публикации - 2024)
10.1016/j.trac.2024.117774
2.
Пономарева Т.С., Оломская В.В., Абалымов А.А., Анисимов Р.А., Дрозд Д.Д., Дрозд А.В., Новикова А.С., Ломова М.В., Захаревич А.М., Горячева И.Ю., Горячева О.А.
Visualization of 2D and 3D tissue model via size-selected aqueous AgInS/ZnS quantum dots
ASC Applied materials & Interfaces, ASC Applied materials & Interfaces, 2024, 16, 31, 40483–40498 (год публикации - 2024)
10.1021/acsami.4c05681
3.
Дрозд Д.Д., Строкин П.Д., Корнилов Д.А., Дрозд А.В., Буров А.М., Ушаков А.В., Горячева О.А., Горячева И.Ю.
Enhancement of the alloyed CdZnSeS/ZnS quantum dots photoluminescence by thiol ligands capping
Chemical Engineering Journal, Chemical Engineering Journal, 2024, 492, 152278 (год публикации - 2024)
10.1016/j.cej.2024.152278