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 24-73-00091

НазваниеДизайн "умной" системы пероральной доставки соединений железа на основе композитов ПМССО - циклодекстрины для лечения железодефицитной анемии

Руководитель Ле-Дейген Ирина Михайловна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №97 - Конкурс 2024 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» 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 силикагели; анемия; циклодекстрины; системы доставки лекарств; супрамолекулярные системы

Код ГРНТИ31.15.37


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
На сегодняшний день как в России, так и в мире остро стоит проблема терапии дефицита железа, в том числе железодефицитной анемии (ЖДА). По данным обобщающего исследования ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева» Минздрава России [1] в России до четверти детей до 2 лет страдают от ЖДА, а среди воспитанников детских домом раннего возраста – до 80%. В структуре заболеваемости ЖДА среди взрослых значимую роль играют женщины репродуктивного возраста: по отчетам UNICEF до 35% женщин по всему миру подвержены этому заболеванию. В случаях жизнеугрожающих состояний ЖДА в клинической практике используют внутривенное введение препаратов, однако в массовой терапии с учетом длительности лечения используют различные пероральные формы. На рынке лекарственные формуляции соединений железа для перорального введения представлены от капель, содержащих соли железа (например сульфат железа в каплях Актиферрин), до сложных сукросомальных систем доставки (например, микронизированный пирофосфат железа, заключенный в фосфолипидную оболочку, в препарате Сидерал). Однако высвобождение железа из данных систем происходит преимущественно в желудке, что провоцирует развитие тяжелых побочных эффектов, снижающих качество жизни пациентов, и приводит к недостаточной приверженности терапии. При этом всасывание железа в организм происходит в слизистой оболочке двенадцатиперсной кишки. Несмотря на то, что время нахождения препарата в желудке и в кишечнике значительно различается, агрессивная пищеварительная среда в желудке чаще всего провоцирует преждевременное высвобождение, а значит актуальной является задача дизайна умной системы доставки соединений железа для перорального введения с улучшенными биофармацевтическими свойствами. Перспективным представляется подход, основанный на создании композитных материалов, где в качестве матрицы использованы биосовместимые полимеры полиметилсилсесквиоксанов (ПМССО) с вариабельной плотностью неорганических сшивок, а в качестве агента для удержания соединений железа в клетках геля используются циклодекстрины или их производные. Для обеспечения селективного высвобождения соединений железа предлагается использовать две различные стратегии. Основная стратегия заключается в наложении на получаемые композиты дополнительных сшивок-«скоб», селективно распознаваемых ферментами кишечника, например, трипсином. Вторая стратегия заключается в использовании ранее синтезированных в нашей лаборатории 3D-матриксных наночастиц на основе бета-циклодекстринов. Эти наночастицы размером 150-200 нм представляют собой сшитые уретановыми связями торы циклодекстринов и обладают очень высокой сорбционной ёмкостью. Исходя из размера клетки геля ПМССО (1 – 10 мкм) можно предположить возможность загрузки таких наночастиц в гель. В экспериментах с модельными лекарствами нам удалось показать, что высвобождение в нейтральной и слабощелочной среде из наночастиц протекает быстрее, чем в кислой, что дает основание предполагать целесообразность использования их для высвобождения органических соединений железа в кишечнике. Таким образом, для создания умной системы пероральной доставки соединений железа в настоящем проекте впервые предлагается создать композитный материал на основе ПМССО гелей с производными циклодекстрина, в которых роль стимул-чувствительного агента будут выполнять либо сшивки – сайты трипсинолиза по поверхности геля, либо 3Д-матриксные наночастицы сшитых торов циклодекстринов. 1. А.Г. Румянцев, И.Н. Захарова, В.М. Чернов, И.С. Тарасова, А.Л. Заплатников, Н.А. Коровина, Т.Э. Боровик, Н.Г. Звонкова, Е.Б. Мачнева, С.И. Лазарева, Т.М. Васильева. (2015). Распространенность железодефицитных состояний и факторы, на нее влияющие. Медицинский Совет


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Настоящий проект посвящен созданию системы пероральной доставки соединений железа на основе кремний-органических полиметилсилсесквиоксановых гидрогелей (ПМССО-гидрогели). Цель проекта – создать стимул-чувствительную систему, которая бы высвобождала соединения железа в кишечнике, а не в желудке, т. к. это приводит к развитию тяжелых побочных эффектов. В рамках проекта проверяются две стратегии: 1) создание фермент-чувствительных амидных сшивок на поверхности гидрогеля и 2) включение в гидрогель не самих соединений железа, а их комплексов с циклодекстринами и частицами сшитого сульфобутилового эфира бета-циклодекстрина. В рамках первого года выполнения Проекта были запланированы работы по обеим стратегиям. В рамках реализации первой стратегии были синтезированы и охарактеризованы ПМССО гидрогели, в том числе с дополнительными силикатными сшивками и вариабельным количеством введенных аминогрупп. Показано влияние мольной доли APTES, а также присутствия щелочи и этанола на структурно-функциональные свойства гидрогелей по данным БЭТ и сорбции Конго Красного. Показано существенное увеличение сорбционной емкости аминированных гелей по сравнению контрольными относительно Конго красного. Впервые были разработаны методики синтеза и характеризации ПМССО гидрогелей с амидными сшивками (с помощью адипиновой кислоты и ее производных). Проверены два синтетических пути: через карбодиимид EDC или через адипоилдихлорид. Показано, что оба пути приводят к синтезу амидных сшивок, чувствительных к действию протеаз уже при получасовой инкубации, при этом при кратковременной инкубации в кислой среде сшивки остаются стабильными. Наиболее перспективным вариантом представляется образец PO4@EDC, полученный карбодиимидным методом. Он обладает оптимальными сорбционными свойствами, морфологией, а также подвергается трипсинолизу. В рамках реализации второй стратегии были интезированы и охарактеризованы 3Д-матриксные наночастицы сульфобутилового эфира бета-циклодекстрина 2 типов (в разных мольных избытках сшивающего агента ГМД). По данным ИК-спектроскопии, метода динамического светорассеяния, анализа траектрории наночастиц показано, что существенных различий в структуре не наблюдается, однако частицы 2 более плотно сшиты. Всестороннее изучены физико-химические закономерности взаимодействия соединений железа как органических (на примере фумарата, D-глюконата), так и неорганических (на примере пирофосфата и хлорида) с бета-циклодекстринами и полученными наночастицами. Определены и сформулированы оптимальные условия связывания соединений железа в торах циклодекстринов. Для нерастворимых в воде соединений железа (пирофосфат и фумарат) оптимальными условиями связывания является книдинг в присутствии 0.01М HCl в основомольном соотношении 1 к 5 соль железа – торы циклодекстрина. Наилучшие результаты получены при использовании 3Д-матриксных частиц 1 типа. Для хлорида железа и D-глюконата железа, наоборот, целесообразно получать комплексы из растворов с последующей лиофильной сушкой. Наиболее многообещающие результаты получены для D-глюконата железа в комплексе с 3Д-матриксными частицами 1 типа. Изучено влияние включения в данные системы на высвобождение железа в модельных средах (рН 2,0 и рН 7,4). Желаемый результат – замедление высвобождения в кислой среде и ускорение высвобождения в нейтральной – обнаружено для D-глюконата железа в комплексе с 3Д-матриксными частицами, таким образом гипотеза первого года Проекта по стратегии 2 подтвердилась. Результаты работы по Проекту доложены на 3 конференциях, в том числе международных (Казань, Москва, Нижний Новгород). Было опубликовано 3 статьи в рецензируемых журналах (две Q1, IF = 5.0).

 

Публикации

1. Орлова П.Д., Мешков И.Б., Латипов Е.В., Васильев С.Г, Михеев И.В., Ратова Д.-М.В., Калинина А.А., Музафаров А.М., Ле-Дейген И.М. Cyclodextrin—Polymethylsilsesquioxane Combined System as a Perspective Iron Delivery System for Oral Administration GELS, Gels 2024, 10(9), 564 (год публикации - 2024)
10.3390/gels10090564

2. Орлова П.Д., Ле-Дейген И.М., Калинина А.А., Мешков И.Б. КОМПОЗИТЫ ПМССО - ЦИКЛОДЕКСТРИНЫ – ПЕРСПЕКТИВНАЯ СИСТЕМА ПЕРОРАЛЬНОЙ ДОСТАВКИ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОДЕФИЦИТНОЙ АНЕМИИ Кластер конференций по элементоорганической и супрамолекулярной химии «НАУЧНЫЕ СТРАТЕГИИ БУДУЩЕГО» (с международным участием) (Казань, 2024): тезисы докладов. – Казань: ИОФХ им. А.Е. Арбузова –обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН, 2024. – 162 с., Кластер конференций по элементоорганической и супрамолекулярной химии «НАУЧНЫЕ СТРАТЕГИИ БУДУЩЕГО» (с международным участием) (Казань, 2024): тезисы докладов. – Казань: ИОФХ им. А.Е. Арбузова –обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН, 2024. – 162 с. (год публикации - 2024)

3. Шариков С.В., Фролов В.В., Орлова П.Д., Скуредина А.А., Мешков И.Б., Калинина А.А., Ле-Дейген И.М. Полиметилсилсесквиоксановые гидрогели с введенными амигогруппами – перспективные носители для противоанемических препаратов железа Сборник тезисов XXIV Ежегодной молодежной конференции c международным участием ИБХФ РАН-ВУЗы “БИОХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА”, Сборник тезисов XXIV Ежегодной молодежной конференции c международным участием ИБХФ РАН-ВУЗы “БИОХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА” (год публикации - 2024)

4. Орлова П.Д., Мешков И.Б., Шариков С., Фролов В., Скуредина А.А., Марков П.О., Бобылева З., Лакиенко Г., Латипов Е., Колмогоров И.М., Васильев С., Калинина А.А., Музафаров А.М., Ле-Дейген И.М. Amidated and Aminated PMSSO-Hydrogels as a Promising Enzyme-Sensitive Vehicle for Antianemic Drugs Gels, Orlova, P., Meshkov, I., Sharikov, S., Frolov, V., Skuredina, A., Markov, P., Bobyleva, Z., Lakienko, G., Latipov, E., Kolmogorov, I., Vasiliev, S., Kalinina, A., Muzafarov, A., & Le-Deygen, I. (2025). Amidated and Aminated PMSSO-Hydrogels as a Promising Enzyme-Sensitive Vehicle for Antianemic Drugs. Gels, 11(2), 118. https://doi.org/10.3390/gels11020118 (год публикации - 2025)
https://doi.org/10.3390/gels11020118

5. Орлова П.Д., Скуредина А.А., Шалыбкова А.А., Ле-Дейген И.М. Железо в организме: когда неорганическая химия встречается с биохимией Издательство «Центрхимпресс», Железо в организме: когда неорганическая химия встречается с биохимией / П. Д. Орлова, А. А. Скуредина, А. А. Шалыбкова, И. М. Ле-Дейген // Химия в школе. — 2025. — № 1. — С. 71–78. (год публикации - 2025)
10.62709/0368–5632–2025–1–71–78

6. Орлова П.Д., Фролов В.В., Шариков С.В., Мешков И.Б., Ле-Дейген И.М. Аминированные и амидированные ПМССО-гидрогели – функционализированные носители для соединений железа Сборник материалов XI Всероссийской научно- практической конференции молодых ученых и студентов с международным участием «ВолгаМед» (будет опубликован в конце мая 2025) (год публикации - 2025)