Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка способов получения биосовместимых мультислойных покрытий на поверхности ферромагнитных и полимерных наночастиц для векторной доставки лекарственных средств

Работы должны проводиться в рамках критической технологии «Технологии создания биосовместимых материалов». Работы должны соответствовать по предполагаемому исполнению лучшим мировым стандартам. Создаваемый научно-технический задел должен обеспечивать в будущем проведение опытно-конструкторских и технологических работ на конкурентном уровне. Работы должны способствовать дальнейшему инновационному развитию российских технологий в данном приоритетном направлении Программы.

Соисполнители

Организация
ИБХФ РАН

Этапы проекта

1
16.03.2007 - 16.07.2007
Проведен синтез полиаспарагиновой кислоты с последующим образованием полисукцинимида. Изучена кинетика и механизм полимеризации L-аспарагиновой кислоты методом изометрического термогравиметрического анализа. Впервые установлено, что в обоих стадиях термической поликонденсации аспарагиновой кислоты в блоке имеется период автоускорения. Показана возможность управления процессом с помощью регулирования времени и температуры.
Методом плазмохимической переконденсации железа и углерода при 60000С получены магнитоуправляемые железоуглеродные нано и микрочастицы для использования в качестве носителей лекарственных веществ и белков. В экспериментах на животных продемонстрирована эффективность полученных носителей в противораковой терапии. Полученные магнитные частицы обладают высокой сорбционной емкостью, малой скоростью десорбции, высокими магнитными свойствами.
В экспериментах на животных разработан метод неинвазивной визуализации вводимых магнитных микрочастиц. С использованием магнитно-резонансной томографии получено изображение фантома, содержащего суспензию ферромагнитных микрочастиц манганита. Установлено, что в течение нескольких месяцев после введения суспензии ферромагнетика животным, частицы распределяются в организме и их локализация выявляется на томограмме.
Показаны возможности метода ферромагнитного резонанса (ФМР) в исследовании агрегирования магнитных наночастиц в гидрозолях, находящихся во внешнем магнитном поле. Установлено, что образование линейных агрегатов наночастиц четко проявляется в спектре ФМР, что позволяет оценивать долю входящих в них частиц, а также исследовать ее зависимость от характеристик частиц и параметров состояния. Изучено изменение спектров ФМР при различных ориентациях линейных наноструктур относительно направления внешнего магнитного поля в застеклованных растворах. Выполнен анализ феноменологических уравнений ферромагнитного резонанса для золей наноразмерных частиц.
Проведены модельные эксперименты с анализом поведения полистирольных микросфер. Получена суспензия полистирольных микросфер со средним диаметром частиц 0,85 мкм и суспензия карбоксилатных микросфер, содержащих карбоксильные и сульфогруппы, со средним диаметром частиц 0,95 мкм. В обоих случаях полученные микросферы характеризовались узким распределением частиц по размеру. Определена устойчивость полученных суспензий в солевых растворах и электрофоретическая подвижность частиц. Показано, что модификация поверхности полистирольных частиц сополимером, содержащим карбоксильные и сульфогруппы, приводит к увеличению подвижности частиц с 3,7 до 5,8 (мкм/с)/(В/см).
Развиты методы определения смачивания поверхности наночастиц., основанные на изучении скорости пропитки порового пространства, образованного наночастицами в тонком капилляре и на использовании техники Ленгмюра с измерением изотерм сжатия поверхностного слоя частиц, нанесенных на границу раздела фаз жидкость–воздух. Продемонстрирована пригодность методов для определения изменений гидрофильно-липофильного баланса поверхности наночастиц, а также для оценки их биостабильности и биоразлагаемости.
.Проведены исследования адсорбции полиэлектролитов на поверхности наночастиц и стабильности межфазных комплексов. Продемонстрирована эффективность адсорбции катионного полимера на поверхности отрицательно заряженного латекса. Установлено, что адсорбция поликатиона приводит к перезарядке частиц: в избытке поликатиона они приобретают суммарный положительный заряд. Полученные комплексы сохраняют устойчивость при высокой концентрации соли. Показана возможность получения стабильных полимерных покрытий на поверхности латексных микросфер методом послойной адсорбции катионного и анионного полиэлектролитов и оценена толщина полимерных пленок с помощью метода электронной микроскопии (4,5-8 нм в зависимости от количества адсорбированных полимерных слоев). Исследована адсорбция синтетических полиамфолитов (полибетаинов) на поверхности отрицательно заряженные латексных частиц. Количество адсорбированного полимера уменьшается при увеличении длины мостика между положительным и отрицательным зарядами в бетаиновой группе. Установлено, что в результате адсорбции полиэлектролитов поверхность тонкой пленки полистирола приобретает более низкоэнергетический характер. Сделан вывод о возможности получения низкоэнергетических поверхностей со значительным вкладом полярных взаимодействий для повышения биосовместимости материалов и регулирования их биоразлагаемости.
На поверхности латексных частиц сформированы смешанные слои из синтетическиго полиэлектролита и белка (α-химотрипсина). Иммобилизованный на монослое поликатиона белок сохраняет около 80% своей активности. Полученный комплекс латекс/поликатион/белок сохраняет устойчивость при физиологических условиях.
Разработаны методы получения микрокапсул и микрогранул с биодеградируемой полимерной оболочкой, содержащие белок. В качестве образца белка использован соматотропный гормон роста. Проведена оценка процесса высвобождения гормона роста in vitro.
Развернуть
2
17.07.2007 - 31.10.2007
Методом послойной адсорбции противоположно заряженных полиэлектролитов на поверхности стеклянных и полистирольных микрофер получены стабильные мультислойные полимерные покрытия, состоящие из водорастворимого полиамида и анионного полиэфира.
Изучены процессы адсорбция ряда белков на гидрофильной и гидрофобной поверхностях микро- и наночастиц. Показано, что в процессе адсорбции белков из растворов поверхность частиц может быть покрыта только монослоем белка различной плотности, что определяется природой белка и его изоэлектрической точкой. Продемонстрирована обратимость адсорбции белков и отсутствие процессов ассоциации на поверхности микро- и наночастиц.
Методами Ленгмюра-Блоджетт и Ленгмюра-Шефера получены мультислойные белковые пленки на кремниевой поверхности Проведены спектральные исследования структурных изменений белков при образовании таких покрытий.
Выполнены работы по созданию мультислойных пленок полиэлектролитов с включенным белком. На модельной системе модифицированный полиэлектролитами полимер - белок показано, что при формировании полиэлектролитных мультислойных пленок можно получить устойчивые покрытия поверхности белком с приемлемыми по биосовместимости и биоразлагаемости свойствами. Полученные результаты моделируют процесс создания мультислойных наноразмерных пленок на наночастицах различной природы.
С целью создания средств доставки лекарственных веществ через слизистые оболочки организма разработана методика получения тонкой пленки полисахарида, состоящая из геля полисахарида с включенным белком, позволяющпя осуществлять регулируемое высвобождение лекарственного начала. На основе жидких наночастиц микроэмульсий, выполняющих роль контейнеров белка создан способ защиты фермента, вводимого в гель полисахарида.
Проведены исследования поверхностных свойств наночастиц методами коллоидной химии. Найдены подходы для модификации поверхности гидрофобных наночастиц. Показано, что измерение изотерм сжатия пленок, состоящих из наночастиц, позволяет осуществить оптимальный выбор модификатора их поверхности и степень модификации. В качестве модификаторов поверхности наночастиц предложено использовать белки.
Проведены исследования процессов биодеградации полимерных покрытий методом масс-спектрометрии. Продемонстрирована устойчивость полимерных покрытий, образованных в процессе полимеризации аспарагиновой кислоты на поверхности магнитный наночастиц, в присутствии высоких концентраций трипсиноподобных ферментов.
В целях создания лекарственных средств для терапии сердечно-сосудистых заболеваний пролонгированного и направленного действия разработаны методы получения и исследованы свойства иммобилизованных тромболитиков: включенных в микро(нано)капсулы и гранулы с биодеградируемой полимерной оболочкой; включенных в микрокапсулы с водорастворимой оболочкой и привязанных к поверхности магнитных наночастиц.
Исследована in vitro и in vivo динамика высвобождения белка из микро(нано)капсул и гранул с биодеградируемыми полимерными оболочками из полимолочной кислоты (PLA) и сополимера молочной и гликолевой кислот (PLG). Показано, что скорость высвобождения белка выше из микрокапсул с ультратонкой полимерной оболочкой, чем из микрогранул..
Разработан метод включения тромболитического фермента плазмина в микрокапсулы с водорастворимой оболочкой из ацетилфталилцеллюлозы (АФЦ). Подобран стабилизатор для данной системы и изучена кинетика высвобождения плазмина в зависимости от толщины АФЦ оболочки.
Получены плазмин и активаторы плазминогена, ковалентно привязанные к поверхности магнитных наночастиц, покрытых слоем полимера с функциональными СООН-группами. Показано, что иммобилизованный на наночастицах плазмин не способен растворять свой физиологический субстрат фибрин, хотя активен по отношению к низкомолекулярному субстрату. Активаторы плазминогена, ковалентно иммобилизованные на магнитных наночастицах, фибринолитически малоактивны, но их фибринолитическая активность повышается под действием внешнего магнита (в 3,4 раза для плазмин-стрептокиназы).
Впервые предложено иммобилизовать плазмин-стрептокиназу путем специфической сорбции на магнитных наночастицах, покрытых слоем полилизина с функциональными –(CH2)4-NH2-группами. Показано, что активатор плазминогена, сорбированный на этих наночастицах, сохраняет значительную часть фибринолитического потенциала, который повышается в 2,8 раза под действием внешнего магнита.
Проведены патентные исследования по теме «Способ получения полимерного покрытия на поверхности частиц». Получен результат, являющийся предметом патентования.
Составлен проект Технического задания на ОКР по биомедицинскому использованию комплексов металлических наночастиц с биодеградируемыми полимерами.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИФМ РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИТЭБ РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИНХС РАН
профинансировано
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Технологии создания биосовместимых материалов» (мероприятие 1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
16 млн
Количество заявок
50
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Геномные и посттеномные технологии создания лекарственных средств» (мероприятие 1.2 Программы)
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
43
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
48
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Биомедицинские и ветеринарные технологии жизнеобеспечения и защиты человека и животных»
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
136
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Технологии биоинженерии» (мероприятие 1.2 Программы)
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
49