Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проведён синтез нанокомпозитов на основе наночастиц магнетита (Fe₃O₄), модифицированных аскорбиновой (АК) или гуминовыми (ГК) кислотами, в мезопористой матрице сополимера тетраэтоксисилана и 3-аминопропилтриэтоксисилана (ТА). Физико-химическими методами установлено, что ТА-АК-Fe₃O₄ содержит преимущественно стехиометрический магнетит с наночастицами сферической формы (~9 нм), в то время как ТА-ГК-Fe₃O₄ формирует пластинчатые структуры из смеси оксидов и оксигидроксидов железа. Спектрофотометрическое исследование производства гидроксильных радикалов в реакции Фентона в модельных экспериментах при деградации метиленового синего и хемилюминесцентный люминольный метод определения активных форм кислорода (АФК) независимо подтверждают, что ТА-АК-Fe₃O₄ является эффективным источником АФК. В водных растворах ТА-АК-Fe₃O₄ активно высвобождает ионы железа, но композит менее эффективен в катализе реакции Фентона (низкая каталитическая активность), возможно, из-за быстрого окисления и пассивации поверхности. Тем не менее, общее количество высвобожденного железа настолько велико, что приводит к значительному росту общего количества АФК. В водных растворах ТА-ГК-Fe₃O₄ высвобождает немного ионов железа, которые эффективно участвуют в реакции Фентона (высокая каталитическая активность), выраженный эффект наблюдался в растворах 3% NaCl (приводило к росту общего количества АФК в небиологических средах). Биотестирование с использованием люминесцентных бактерий и определение АФК выявило принципиально различную биологическую активность нанокомпозитов: ТА-ГК-Fe₃O₄ проявляет себя как стабильный и нейтральный нанокомпозит. Стабильность обеспечивается прочной хелатной оболочкой ГК, которая эффективно подавляет высвобождение ионов железа даже в растворе NaCl, что в свою очередь приводит к умеренному повышению уровня АФК, отсутствию токсичности и анти-/прооксидантной активности в условиях модельного окислительного стресса, вызываемого 1,4-бенхохиноном. В то же время ТА-АК-Fe₃O₄ — менее стабильный, прооксидантный и цитотоксичный агент, активно высвобождает ионы Fe3+, что приводит к высокому уровню АФК (особенно в растворе NaCl), ингибированию биолюминесценции; это делает его перспективным агентом, например, для антибактериальной терапии или терапии рака, основанной на окислительном стрессе. Исследование высвобождение ионов железа из нанокомпозитов в водных средах подчеркивает роль поверхностных лигандов в стабилизации материала и определяет пути оптимизации его эксплуатационных характеристик. Аналогичные данные были получены ранее для MOF-содержащих нанокомпозитов – MOF-ГК-Fe3O4 и MOF-АК-Fe3O4, где MOF – металлоорганический каркас. В биологических системах (бактериальной и ферментативной) влияние ТA-ГК-Fe3O4 и MOF-ГК-Fe3O4, ТA-АК-Fe3O4 и MOF-АК-Fe3O4 на содержание АФК было сходным: ферменты полностью нейтрализовали все отклонения в содержании АФК; бактерии стабилизировали содержание АФК на уровне около 50% превышения во всем исследуемом диапазоне концентраций. Этот эффект можно связать с метаболической способностью бактерий регулировать внешний уровень АФК, адаптируя его до оптимального физиологического значения — феномен, известный как «защитная регуляторная функция бактерий». Трехкомпонентные нанокомпозиты MOF-AК-Fe₃O₄ и MOF-ГК-Fe3O4, ТA-АК-Fe3O4 и ТA-ГК-Fe3O4 имеют схожую структуру, они основаны на двухкомпонентных нанокомплексах MOF-Fe3O4 и ТA-Fe3O4, соответственно. Эти нанокомплексы могут обеспечить магнитно-контролируемую доставку лекарств и длительное высвобождение ионов железа. Однако, в отличие от нейтральных нанокомплексов, содержащих ГК, нанокомплексы, содержащие АК, продемонстрировали умеренную цитотоксичность и прооксидантный эффект, сходный с АК. Таким образом, цитотоксичность и прооксидантная активность трехкомпонентных нанокомплексов на основе MOF-Fe3O4 или ТA-Fe3O4 определяются природой третьего компонента – ГК или AК. Разница в цитотоксической активности может быть использована на разных этапах противораковой терапии. Также наши исследования показали, что MOF-AК-Fe₃O₄ и ТA-АК-Fe3O4, MOF-ГК-Fe₃O₄ и ТA-ГК-Fe3O4 не оказывали никакого воздействия на интенсивность биолюминесценции бактериальных ферментов как в отсутствие, так и в присутствии модельного окислителя. Тот же эффект наблюдался и для ТA-ГК-Fe3O4 и MOF-ГК-Fe3O4 на биолюминесценцию бактерий. Однако ТA-АК-Fe3O4 и MOF-АК-Fe3O4 оказывали влияние на клетки светящихся бактерий, демонстрируя как токсичность, так и прооксидантную активность. Кроме того, ТA-АК-Fe3O4 и MOF-AК-Fe₃O₄ сохраняли антибактериальные свойства АК. Следовательно, эффекты этих соединений на клетки и на выделенные ферменты различались. Таким образом, невозможно предсказать активность АФК в биологических средах, основываясь исключительно на результатах физико-химических анализов; простые клеточные биотесты (аналогичные биолюминесцентному анализу на основе морских бактерий) рекомендуются в качестве дополнительного инструмента для более точных прогнозов и дальнейшего применения железосодержащих наночастиц в медицинских технологиях, включая противораковую терапию. Работа даёт представление о структуре, составе и особенностях функционирования полученных нанокомпозитов и обеспечивает научную основу для дальнейших разработок в области направленной доставки лекарственных веществ и диагностики заболеваний. По результатам выполненной работы опубликована статья в журнале «Eurasian journal of chemistry», квартиль Q4. Еще одна статья находится на рецензировании в журнале «Photochemical & Photobiological Sciences», квартиль Q2. Также имеются тезисы докладов на российских и зарубежных конференциях.