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 24-73-00164
НазваниеРазработка новых биосовместимых систем для увеличения биодоступности биофармацевтических препаратов на основе поверхностно-активных ионных жидкостей
Руководитель Хачатрян Арташес Абраамович, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" , Республика Татарстан (Татарстан)
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; 03-404 - Растворы, расплавы – структура и свойства
Ключевые слова Поверхностно-активные ионные жидкости, белки, связывание, агрегация, биодоступность, стабилизация
Код ГРНТИ31.15.25
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Биофармацевтические препараты позволяют успешно лечить заболевания с низким процентом выздоровления, такие как рак, аутоиммунные заболевания и др. Эти соединения включают широкий спектр биомолекул на основе аминокислот и нуклеиновых кислот, таких как пептиды, белки, ДНК и производные РНК. Однако разработка биофармацевтических препаратов от лабораторного до промышленного применения все еще сталкивается с проблемами. Нестабильность сложных структур биомакромолекул делает их уязвимыми к денатурации, которая приводит к последующей потере биоактивности. Поэтому биофармацевтические препараты обычно требуют дорогостоящих холодных цепей для транспортировки и хранения, а также добавления стабилизаторов для продления срока годности. Низкая биодоступность биомакромолекул в живой природе является еще одной проблемой, связанной с гидрофильностью биомолекул, большими размерами и уязвимостью к ферментативной деградации. Поэтому отсутствие соответствующих систем хранения и доставки является критически важным для эффективного применения биофармацевтических препаратов. Перспективной стратегией для повышения стабильности биофармацевтических препаратов является использование ионных жидкостей в качестве добавок в их составы. Поверхностно-активные ионные жидкости могут использоваться как системы для повышения стабильности и доставки биомолекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты.
Целью проекта является изучение влияния поверхностно-активных ионных жидкостей на стабилизацию белковых молекул. В рамках проекта планируется синтез новых биосовместимых поверхностно-активных ионных жидкостей, поиск соотношений структура-свойства в аспекте связывания и агрегации стабилизации синтезированных ионных жидкостей с бычьим сывороточным альбумином.
В ходе реализации проекта будет изучено влияние структуры аниона и длины алкильной цепи, на взаимодействие ионных жидкостей с бычьим сывороточным альбумином. Будет проведена оценка параметров связывания поверхностно-активных ионных жидкостей с бычьим сывороточным альбумином. Планируется провести оценку конформационной стабильности бычьего сывороточного альбумина в широком диапазоне концентраций поверхностно-активных ионных жидкостей. Будут изучены агрегационные свойства бычьего сывороточного альбумина в водных растворах поверхностно-активных ионных жидкостей. Будет установлена цитотоксичность поверхностно-активных ионных жидкостей.
В целом проект направлен на решение как фундаментальных, так и прикладных задач. К фундаментальным задачам проекта следует отнести изучение процессов связывания ионных жидкостей с бычьим сывороточным альбумином. Научно-прикладной аспект проекта заключается в синтезе новых биосовместимых поверхностно-активных ионных жидкостей для хранения и транспортировки биофармацевтических препаратов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках проекта были синтезированы и изучены взаимодействия поверхностно-активных ионных жидкостей (ПАИЖ) на основе катиона холина и аниона бромида со структурными фрагментами в виде н-октила, н-децила, н-додецила, н-тетрадецила, н-гексадецила с бычьим сывороточным альбумином (БСА).
Были синтезированы реакцией нуклеофильного замещения ПАИЖ на основе катиона холина и аниона бромида, содержащего различные длинноцепочечные алкильные структурные фрагменты: N-октил-N-(2-гидроксиэтил)-N,N-диметиламмоний бромид ([ChС8][Br]), N-доцел-N-(2-гидроксиэтил)-N,N-диметиламмоний бромид ([ChС10][Br]), N-додецил-N-(2-гидроксиэтил)-N,N-диметиламмоний бромид ([ChС12][Br]), N-тетрадецил-N-(2-гидроксиэтил)-N,N-диметиламмоний бромид ([ChС14][Br]), N-гексадецил-N-(2-гидроксиэтил)-N,N-диметиламмоний бромид ([ChС16][Br]).
Структурная стабильность БСА с ПАИЖ на основе катиона холина и аниона бромида, содержащего различные длинноцепочечные алкильные структурные фрагменты, была оценена методом спектроскопии кругового дихроизма (КД). Влияние концентрации ПАИЖ на вторичную структуру БСА было проанализировано путем сканирования спектров в дальней УФ-области КД. Выявлено, что вторичная структура БСА не изменяется при увеличении концентрации ПАИЖ. Показано, что увеличение концентрации [ChC8][Br] и [ChC10][Br] приводит к уменьшению содержания α-спиралей БСА, что может быть связано с увеличением гидрофобности ПАИЖ. Однако дальнейшее увеличение длины алкильного радикала ПАИЖ ([ChC12][Br], [ChC14][Br], [ChC16][Br]), не приводит к изменению количества α-спиралей БСА. Влияние концентрации ПАИЖ на третичную структуру БСА было проанализировано путем сканирования спектров в ближней УФ-области КД. Увеличение концентрации исследуемых ПАИЖ также не приводит к изменению третичной структуры, что указывает на отсутствие изменения микроокружения вблизи ароматических хромофоров БСА. Такая стабильность указывает на сохранение конформации белка и предполагает, что ПАИЖ не взаимодействуют напрямую с ароматическими фрагментами белка.
Установлено, что добавление ПАИЖ с более длинными алкильными цепями ([ChC12][Br], [ChC14][Br], [ChC16][Br]) к БСА приводит к значительному снижению интенсивности флуоресценции триптофановых остатков, в то время как аналоги с более короткими заместителями ([ChC8][Br], [ChC10][Br]) почти не оказывают воздействие на белок. Количественно оценка параметров связывания ПАИЖ катионной и алкил замещенных форм была проведена с помощью модели Штерна-Вольмера. Полученные данные свидетельствуют об отсутствии значительного связывания БСА с [ChC8][Br] и [ChC10][Br] и об увеличении константы связывания в ряду [ChC12][Br]<[ChC14][Br]<[ChC16][Br]. Данные результаты связаны с ростом гидрофобности при увеличении длины алкильного фрагмента структуры ПАИЖ.
Анализ динамического светорассеяния показал, минимальные изменения гидродинамического диаметра БСА в присутствии ПАИЖ, что говорит о том, что комплексы ПАИЖ/БСА не подвергаются агрегации. Такая стабильность очень важна для поддержания нативной глобулярной структуры белка и предотвращения нежелательных агрегационных явлений.
Методом молекулярного докинга установлено, что [ChC8][Br], [ChC12][Br] и [ChC16][Br] преимущественно занимают первичный карман связывания БСА, который расположен в гидрофобной полости между доменами I и II, а [ChC10][Br] и [ChC14][Br] предпочтительно связываются с альтернативными сайтами связывания, что возможно объясняется стерическими препятствиями в первичной полости связывания.
По результатам проекта выполнены все запланированные работы, опубликована 1 статья входящая в систему Scopus и WoS, которые относятся к журналам первого квартиля (Q1).
Публикации
1.
Хачатрян А.А., Мухаметзянов Т.А., Салихов Р.З., Климова А.Э., Яхваров Д.Г., Гарифуллин Б.Ф., Терентьева О.С., Падня П.Л., Стойков И.И., Соломонов Б.Н.
Cholinium-Based Ionic Liquids Modulate Protein Stability: A Comparative Study of Enzymes and Albumins
MDPI, Том 30 (7), Номер 1574 (год публикации - 2025)
10.3390/molecules30071574