ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНЫ

Цель проекта – разработка технологических основ и методов получения «умных» материалов для биомедицины: Полученные на этапе 2022 г. исследований результаты можно условно разделить на четыре тематических блока. I. Технологии дизайна и синтеза новых препаратов, обладающих антибактериальной и антимикробной активностью. II. Дизайн и синтез модифицированных нуклеиновых кислот, физико-химический и компьютерный анализ свойств комплексов НК, содержащих модификации. III. Разработка методов диагностики и доставки терапевтических агентов в гетерофазных системах. IV. Новые материалы и методы тканевой инженерии элементов сердечно-сосудистой системы. Важнейшие результаты, полученные на этапе выполнения проекта в 2022 г.: Предложены структуры и разработан синтез конъюгатов ципрофлоксацина с производными DABCO с гибкой и жесткой линкерными группами между остатками DABCO, варьирована длина линкерной группы между остатками DABCO и ципрофлоксацина. Все полученные соединения проявляли антибактериальную активность, как против грамположительных, так и грамотрицательных штаммов микроорганизмов, чувствительных к ципрофлоксацину. Полученные в рамках выполнения работ конъюгаты ципрофлоксацина с производными DABCO обладают деструктивным эффектом в отношении S.аureus, и S. enterica, причем для второго конъюгата показана комбинация эффектов составляющих его молекул. Требуются дальнейшие исследования по определению набора чувствительных к синтезированным препаратам микроорганизмов и детализации механизмов действия препаратов, что планируется выполнять в следующей части исследования. Показано, что гистидин-содержащие пептиды, проявляют повышенную (более чем в 2-10 раз) фунгицидную активность по отношению к условно патогенному грибу C. albicans по сравнению с пептидами, содержащими другие катионные остатки (аргинина или лизина). Проведен дизайн и синтез набора пептидов с различным содержанием гистидинов и гидрофобных остатков в составе гистидин-содержащих цепей с целью определения их противогрибковой и гемолитической активности. На основе анализа активности РНК-расщепляющих конъюгатов показано, что синтезированные конъюгаты могут быть использованы в качестве искусственных рибонуклеаз для направленного расщепления РНК, однако их нуклеотидную последовательность нужно тщательно анализировать для исключения вариантов с нежелательными вторичными структурами и низкой степенью гибридизации с РНК-мишенью. С использованием различных органические азидов, несущих линейные алифатические остатки, при проведении реакции Штаудингера на этапе роста олигонуклеотидной цепи на ДНК-синтезаторе, были получены олигонуклеотидные производные содержащие от одной до трех фосфатных модификаций: триазиниламидофосфатные, фосфорилгуанидиновые и сульфонильамидофосфатные. Введение таким образом липофильных остатков в структуру олигонуклеотидов может рассматриваться в качестве дополнительного стабилизирующего фактора при конструировании систем доставки с использованием сывороточного альбумина и нуклеиновых кислот или их конъюгатов. Показано, что методы молекулярного моделирования позволяют рассчитывать структуру и гибридизационные свойства нативных и модифицированных комплексов нуклеиновых кислот при сравнении их в рамках одного типа комплексов с различной длиной и GC-составом при использовании методов MMPB(GB)SA. Получены и охарактеризованы РНК-аптамеры, которые в сочетании с соответствующими флуорогенами можно будет использовать на следующем этапе выполнения проекта для создания химерных направляющих РНК с программируемыми флуорисцентными свойствами при разработке систем детекции НК на основе систем CRISPR/Cas. Получены новые ДНК-аптамеры к биомаркеру костного метаболизма Dkk-1. С использованием ДНК-аптамера создана ИФА-подобная колориметрическая сэндвич-система детекции белка Dkk-1, показана возможность ее использования для анализа образцов сывороток крови от больных анкилозирующим спондилитом. Разработан протокол олигонуклеотидного синтеза с использованием макета микрочипового синтезатора, позволяющий получать слайды с высоким содержанием олигонуклеотидных спотов. Протокол протестирован на чипах с содержанием от 1000 до 12000 олигонуклеотидных спотов. Разработанный метод синтеза олигонуклеотидных чипов высокой плотности может найти применение для создания больших библиотек вариантов нуклеотидных последовательностей, генетического конструирования, для обогащения фрагментов ДНК с целью таргетного секвенирования с помощью NGS. Разработан и опробован в качестве гетерофазной системы для пробоподготовки нуклеиновых кислот композитный материал на основе нейлона-6 и наночастиц оксида железа, обладающий магнитными свойствами для удобства манипуляций и повышенной емкостью по отношению к иммобилизуемым олигонуклеотидам. Разработан протокол гибиридизации иммобилизованных на композитный MNP@Ny6 материал олигонуклеотидных зондов с мишенью в растворе с последующим извлечением мишени в индивидуальном виде. Предложен синтез наночастиц со стрептавидиновым белковым покрытием (SiNPs-Strep) для селективного захвата нуклеиновых кислот. Показана высокая эффективность связывания биотинилированных НК полученным материалом и их дальнейшего высвобождения. Показано, что изготовленные методом электроспиннинга матриксы на основе полиуретана, содержащие диклофенак, оказывают противовоспалительное действие на культивируемые на них клетки. Изготовлены протезы сосудов с податливой стенкой: двухслойные с разной плотностью укладки волокна и протезы с напряженной стенкой, изготовленные по оригинальному методу с использованием электрода-коллектора уменьшающегося диаметра. Полученные протезы сосудов обладали более эластичной и податливой стенкой и лучшими механическими свойствами по сравнению с протезом, изготовленным по стандартному протоколу. Результаты исследований наглядно демонстрируют высокий потенциал применения разработанных протоколов для дизайна и создания молекулярных систем диагностики, доставки лекарственных препаратов и терапии. Совокупность полученных результатов показывает перспективность и целесообразность проведения дальнейших исследований для развития (для продления) данной тематики исследований. Научный и научно-технологический уровень выполненной НИР в целом сравним с лучшими мировыми достижениями в данной области исследований.