Лаборатория химии природных соединений и их синтетических аналогов

Руководитель: Нючев Александр Владимирович, кандидат химических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией

Научный коллектив:

1. Нючев Александр Владимирович, кандидат химических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией
2. Апрятина Кристина Викторовна, кандидат химических наук, научный сотрудник
3. Боронин Егор Николаевич, младший научный сотрудник
4. Воробьев Илья Игоревич, лаборант
5. Голицына Оксана Николаевна, лаборант-исследователь
6. Гусева Ольга Сергеевна, младший научный сотрудник
7. Дроздов Антон Павлович, лаборант-исследователь
8. Запевалова Мария Владимировна, лаборант-исследователь
9. Кудряшова Екатерина Сергеевна, младший научный сотрудник
10. Кузьмина Наталья Сергеевна, младший научный сотрудник
11. Малышева Юлия Борисовна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник
12. Новичков Григорий Алексеевич, лаборант
13. Отвагин Василий Федорович, кандидат химических наук, младший научный сотрудник
14. Сачкова Анастасия Александровна, младший научный сотрудник
15. Светлакова Милена Михайловна, лаборант
16. Ткачук Алексей Ильич, младший научный сотрудник
17. Федотова Екатерина Андреевна, лаборант
18. Фонарёва Ирина Павловна, младший научный сотрудник
19. Шилягина Наталья Юрьевна, кандидат химических наук, научный сотрудник
20. Щегравина Екатерина Сергеевна, кандидат химических наук, младший научный сотрудник

Основные научные направления:

Медицинская химия, химия биологически активных и биосовместимых соединений, органическая химия, химия полимеров, неорганическая химия.

Цели научных исследований:

Разработка эффективных высокоселективных терапевтических агентов и функционализированных органических полимеров и каркасных неорганических соединений, на основе которых возможно создание прототипов медицинских препаратов для лечения опухолевых, воспалительных и вирусных заболеваний, а также вспомогательных материалов для замещения покровных тканей, костей и использования в качестве антисептиков.

Задачи:

1. Разработка дизайна и синтез соединений на основе малых органических молекул, обладающих противоопухолевыми / противовирусными / противовоспалительными свойствами посредством прерывания митотического деления клетки. Исследование биологических свойств данных соединений.
2. Создание гибридных фотосенсибилизаторов для таргетной противоопухолевой фотодинамической терапии (ФДТ).
3. Разработка неорганических материалов, способных заменить костную ткань в организме человека.
4. Создание полимерных материалов, допированных/декорированных агентами, придающими антимикробные, фунгицидные или антисептические свойства.
5. Исследование физико-химических свойств разрабатываемых соединений.
6. Исследование биологических свойств ключевых финальных биоактивных соединений.

Основные значимые результаты:

2022

1. Синтезирован новый фотосенсибилизатор третьего поколения, конъюгат комплекса цинка с хлорином-е6, мальтозой и биотином (Chl-Mal-B7). Введение мальтозы и биотина призвано обеспечить высокую селективность доставки к опухолевым клеткам, характеризующимся высоким уровнем экспрессии рецепторов к этим молекулам. Было показано, что Chl-Mal-B7 интенсивно поглощает свет и флуоресцирует в дальней красной области спектра с квантовым выходом около 10%. Конъюгат продемонстрировал фотоиндуцированную токсичность в субмикромолярных концентрациях против раковых клеток, что в несколько раз превышает эффект по отношению к неопухолевым клеткам.
Материал опубликован:
L.V. Krylova, N.N. Peskova, V.F. Otvagin, N.S. Kuzmina, A.V. Nyuchev, A.Yu. Fedorov, I.V. Balalaeva. Novel chlorine E6 conjugate with dual targeting to cancer cells. Opera Medica et Physiologica 2022, 9 (3), 5-14.
2. Проведено сравнение фотофизических и фотобиологических свойств новых фотосенсибилизаторов, а именно тетра(2-нафтил)тетрацианопорфиразина и его железокомплекса. Показано, что добавление катиона Fe(II) в порфиразиновый макроцикл приводит к уменьшению коэффициента молярной экстинкции и увеличению квантового выхода флуоресценции, а также усилению фотостабильности. Также показано, что катион железа существенно влияет на скорость накопления фотосенсибилизатора в клетках, темновую токсичность и фотодинамическую активность, причем направление изменений зависит от конкретной клеточной линии. Важно, что во всех случаях фотодинамический индекс железокомплекса был выше, чем для безметаллового основания. Оба соединения являются перспективными для ФДТ и могут быть рекомендованы для дальнейших исследований in vivo.
Материал опубликован:
L.N. Shestakova, T.S. Lyubova, S.A. Lermontova, A.O. Belotelov, N.N. Peskova, L.G. Klapshina, I.V. Balalaeva, N. Shilyagina, Comparative analysis of tetra(2-naphthyl)tetraceanoporphyrazine and its iron complex as photosensitizers for anticancer photodynamic therapy. Pharmaceutics 2022, DOI: 10.3390/pharmaceutics14122655.
3. Получены материалы для связывания свинца на основе смешанно-тетраэдрических безгалогенных кристаллических соединений со структурой апатита видов Pb5(AIVO4)2(BVIO4), Pb5(AIVO4)1(CVO4)2 (AIV = Si, Ge; BVI = S, Cr; CV = P, V).
Разработан низкотемпературный синтез лантанид-содержащих кремниевых апатитов SrLn4(SiO4)3O (материалы для связывания лантаноидно-актиноидной фракции РАО) и проведено термической исследование их структурной устойчивости.
Проведено исследование фазообразования в тройной системе Сa10(PxCryMnzO4)6O (x+y+z=1), включающей составы, имеющий высокий потенциал в качестве неорганических пигментов, в том числе – биосовместимых за счет кристаллохимической идентичности гидроксиапатиту нативной костной ткани.
Исследован тройной изоморфизм P-V-Cr в апатитной кристаллической матрице Sr5(AO4)3F как модель для контролируемого получения биоматериалов заданного состава.
Экспериментально установлено, что в системах аденин-Ca9MgK(PO4)7 и аденин-Ca2,5Mg0,5(PO4)2 наблюдается смещение полос деформационных колебаний аминогруппы, что может свидетельствовать об адсорбции данного азотистого основания на указанных фосфатах и, как следствие, о возможности процесса литографического кодирования полипептидов на фосфатных матрицах указанного состава. Проведено исследование адсорбции ряда аминокислот на полученных системах.
Материал опубликован:
а.) Bulanov E.N., Golitsyna O.N., Stasenko K.S., Skoblikow N.E., Knyazev A.V. Crystal-Chemical and Thermodynamic Aspects of Isomorphic Substitutions in Bioceramic Materials // Chapter 2 in “Bioceramics: Advances in Applications and Research” edited by Micheal B. Heidelberg, Nova Science Publishers, Inc. NY. 2022. P. 65-108. ISBN 979-8-88697-137-8
б.) Bulanov E.N., Golitsyna O.N., Stasenko K.S., Knyazev A.V. Synthesis of apatite-structured compounds: approaches and their difficulties // Chapter 1 in “Advances in Chemistry Research”. V. 75. Nova Science Publishers, Inc. NY. P. 1-34. 2022. ISBN 979-8-88697-321-1, ISSN 1940-0950
4. Разработана биологически активная композиция хитозан–наночастицы селена. Наночастицы селена характеризуются полимодальным распределением по размерам со средними радиусами 2–3 нм и ~37 нм. Главными активными центрами комплексообразования с наночастицами являются амино- и гидроксильные группы хитозана. В опытах по культивированию фибробластов клеточной линии hTERT BJ-5ta на пленках образцов показана высокая биосовместимость композиции. Композиция хитозан-наночастицы селена оказывала корригирующее действие на окислительные процессы организма, снижая активность свободно-радикального окисления в крови животных. Свойства комплекса делают его перспективным для использования в составе антиоксидантных и адаптогенных препаратов.
Материал опубликован:
K.V. Apryatina, E.I. Murach, S.V. Amarantov, E.I. Erlykina, V.S. Veselova, L.A. Smirnova. Synthesis of a Bioactive Composition of Chitosan-Selenium Nanoparticles. Applied Biochemistry and Microbiology 2022, 58, 126–131. DOI: 10.1134/S0003683822020028
5. Разработан способ получения многослойной инсулин-содержащей композиции в наноструктурированной форме, состоящей из слоев: золото-хитозан-инсулин-наночастицы хитозана. Размер полностью сформированной многокомпонентной системы составил 178 нм. Слой хитозана защищает инсулин от повреждающего действия среды с низким рН и протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта, когда композицию принимают перорально. Хитозан одновременно выполняет транспортную функцию по доставке инсулина в кровоток. В опытах на экспериментальных животных с искусственно индуцированным сахарным диабетом 1 типа установлено, что эффективность и продолжительность гипогликемического действия композиции зависит от количества инсулина в дозе. Композиция, содержащая 50 ЕД инсулина на дозу, обеспечивает быстрое снижение уровня глюкозы в крови и поддерживает его на уровне интактной группа в течение 3 часов. Через 6 часов эффективность композиции сравнима с эффективностью инъекции инсулина. Принципиально важным показателем эффективности композиции является постоянное содержание гликированного гемоглобина в крови в течение 10 дней.
Материал опубликован:
K.V. Apryatina, I.A. Glazova, A.S. Koryagin, S.D. Zaitsev, L.A. Smirnova. Multilayer nanostructured system for oral insulin delivery. Journal of Polymer Research 2022, 29, 378. DOI: 10.1007/s10965-022-03225-w
6. Методом радикальной полимеризации в растворе с помощью ультразвукового облучения получены привитые сополимеры хитозана и N,N-диметиламиноэтилметакрилата различных композиции в присутствии персульфата аммония. Показано, что степень прививки и эффективность прививки достигает ~145 % мас. и ~65 % мас. Применение ультразвука позволяет сократить время синтеза привитых сополимеров, увеличить степень прививки и эффективность по сравнению с термическим радикальной полимеризации в растворе не менее чем в 2 раза. Созданы пленки, которые газопроницаемы для азота, метана и диоксида углерода. Полученные пленочные материалы перспективны для использования в медицине в качестве имплантатов и ранозаживляющих материалов.
Материал опубликован:
A.N. Pochina, E.V. Salomatina, A.V. Knyazev, A.S. Shipilova, L.N. Ivashkina, E.V. Bobrina, I.D. Grishin, K.V. Apryatina, A.E. Mochalova. Ultrasonic Irradiation Synthesis and Properties of Copolymers of N,N‑Dimethylaminoethylmethacrylate with Chitosan. Journal of Polymers and the Environment 2022, DOI: 10.1007/s10924-022-02714-9

2021

1. Созданы и изучены свойства неорганических каркасных соединений, являющихся аналогами природного апатита. Был обнаружен неожиданный морфотропный переход при замене атомов кальция на атомы свинца в висмут-содержащем апатите (общая формула Ca8-2xPb2xBi2(PO4)6O2). Пропорция распределения катионов в структуре апатита была определена методом Ритвельда.
Материал опубликован:
E.N. Bulanov, K.S. Stasenko, O.N. Golitsyna, V.M. Kyashkin, A.V. Knyazev. Unexpected morphotropic transition in apatites and its possible influence on the application of apatite-based materials. Ceramics International 2022, 48, 7, 9858-9863. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.12.188.
2. Определены особенности изоморфизма соединений группы апатита, содержащие в составе кальций, натрий, висмут, фосфор, кислород и фтор (Ca–Na–Bi–P–O–F). Показан непрерывный изоморфизм данной системы, что подтверждается минимальными отклонениями в параметрах кристаллической ячейки. Методом МТТ-теста показана биосовместимость данных соединений, проявляющаяся в отсутствии цитотоксичности. Это означает, что полученные соединения могут быть использованы в качестве материалов для регенеративной медицины при лечении травм и повреждений костей и зубов.
Материал опубликован:
E.N. Bulanov, K.S. Stasenko, O.N. Golitsyna, M.N. Egorikhina, D.Ya. Aleynik, N.E. Skoblikow, A.V. Knyazev. Crystal-chemical and morphological interpretation of the biocompatibility of compounds in a Ca–Na–Bi–fluorapatite system. Dalton Transactions 2022, 51, 969-977. DOI: 10.1039/d1dt03558d

Основные значимые публикации:

1. L.N. Shestakova, T.S. Lyubova, S.A. Lermontova, A.O. Belotelov, N.N. Peskova, L.G. Klapshina, I.V. Balalaeva, N. Shilyagina, Comparative analysis of tetra(2-naphthyl)tetraceanoporphyrazine and its iron complex as photosensitizers for anticancer photodynamic therapy. Pharmaceutics 2022, 14, 2655. DOI: 10.3390/pharmaceutics14122655
2. L.V. Krylova, N.N. Peskova, V.F. Otvagin, N.S. Kuzmina, A.V. Nyuchev, A.Yu. Fedorov, I.V. Balalaeva. Novel chlorine E6 conjugate with dual targeting to cancer cells. Opera Medica et Physiologica 2022, 9 (3), 5-14. DOI: 10.24412/2500-2295-2022-3-5-14
3. A.N. Pochina, E.V. Salomatina, A.V. Knyazev, A.S. Shipilova, L.N. Ivashkina, E.V. Bobrina, I.D. Grishin, K.V. Apryatina, A.E. Mochalova. Ultrasonic Irradiation Synthesis and Properties of Copolymers of N,N‑Dimethylaminoethylmethacrylate with Chitosan. Journal of Polymers and the Environment 2022, DOI: 10.1007/s10924-022-02714-9
4. K.V. Apryatina, E.I. Murach, S.V. Amarantov, E.I. Erlykina, V.S. Veselova, L.A. Smirnova. Synthesis of a Bioactive Composition of Chitosan-Selenium Nanoparticles. Applied Biochemistry and Microbiology 2022, 58, 126–131. DOI: 10.1134/S0003683822020028
5. K.V. Apryatina, I.A. Glazova, A.S. Koryagin, S.D. Zaitsev, L.A. Smirnova. Multilayer nanostructured system for oral insulin delivery. Journal of Polymer Research 2022, 29, 378. DOI: 10.1007/s10965-022-03225-w
6. E.N. Bulanov, K.S. Stasenko, O.N. Golitsyna, M.N. Egorikhina, D.Ya. Aleynik, N.E. Skoblikow, A.V. Knyazev. Crystal-chemical and morphological interpretation of the biocompatibility of compounds in a Ca–Na–Bi–fluorapatite system. Dalton Trans. 2022, 51, 969-977. DOI: 10.1039/d1dt03558d
7. E.N. Bulanov, K.S. Stasenko, O.N. Golitsyna, V.M. Kyashkin, A.V. Knyazev. Unexpected morphotropic transition in apatites and its possible influence on the application of apatite-based materials. Ceramics International 2022, 48, 7, 9858-9863. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.12.188.
8. E.N. Bulanov, O.N. Golitsyna, K.S. Stasenko, N.E. Skoblikow, A.V. Knyazev. Crystal-Chemical and Thermodynamic Aspects of Isomorphic Substitutions in Bioceramic Materials // Chapter 2 in “Bioceramics: Advances in Applications and Research” edited by Michael B. Heidelberg, Nova Science Publishers, Inc. NY. 2022. P. 65-108. ISBN 979-8-88697-137-8
9. E.N. Bulanov, O.N. Golitsyna, K.S. Stasenko, A.V. Knyazev. Synthesis of apatite-structured compounds: approaches and their difficulties // Chapter 1 in “Advances in Chemistry Research”. V. 75. Nova Science Publishers, Inc. NY. P. 1-34. 2022. ISBN 979-8-88697-321-1, ISSN 1940-0950

Научно-исследовательская лаборатория сотрудничает с Национальным исследовательским Мордовским государственным университетом им. Н.П. Огарева, Приволжским исследовательским медицинским университетом, Кубанским государственным медицинским университетом, Краснодарским научным центром по зоотехнии и ветеринарии, ООО «СЛ МедикалГруп»