Цель:
создание новых средств и методов для изучения механизмов функционирования живых организмов на клеточном, субклеточном и молекулярном уровне, а также разработка практически ценных биоинспирированных продуктов. Ожидаемые результаты:
- будут разработаны полиаминные флуоресцентные агенты с расширенным спектральным диапазоном, позволяющие отслеживать процессы, протекающие с участием биогенных полиаминов. Новые, а также синтезированные ранее соединения будут использованы в исследованиях кремнистых (диатомеи, губки) и других организмов (планарии, моллюски); - будут разработаны флуоресцентные поликарбоксильные соединения и оценён их потенциал для мониторинга формирования кальциевых минеральных структур в живых организмах; - будут разработаны методы введения спиновых меток в органические соединения и наночастицы для количественного мониторинга вхождения данных веществ в живые организмы; - разработанные методы мониторинга процессов в живых организмах с помощью флуоресцентных и спин-меченных соединений будут использованы для изучения влияния факторов внешней среды, включая антропогенные загрязнители, на гидробионты; - будут синтезированы новые органические полимеры с регулируемыми кислотно-основными и гидрофобно-гидрофильными свойствами на основе подходов, инспирированных структурами биополимеров, ответственных за формирование кремнистых и кальциевых скелетных элементов в живых организмах; - новые органические полимеры будут использованы в качестве "интеллектуальных" систем с сильным откликом на малые изменения окружающей среды, моделей биополимеров, средств доставки лекарственных препаратов; - интерпретация экспериментальных данных по свойствам флуоресцентных, спин-меченных и полимерных соединений, поведению изучаемых биологических систем будет проводиться с использование математического моделирования, включая квантово-химические методы для молекулярного уровня и молкулярно-динамические подходы для более крупных систем.

Полимеры, способные резко изменять свои свойства при малых изменениях окружающей среды, активно изучаются в последние десятилетия. Данный проект посвящён использованию термолабильных полимерных оснований для синтеза новых кремнистых материалов. В работе предполагается получить ряд новых термолабильных полимеров реакцией на основе полиакрилоилхлорида, изучить кислотно-основные свойства растворов полимеров в зависимости от температуры, определить области агрегации макромолекул и синтезировать в этих областях кремнистые и композитные материалы. Полученные кремнистые частицы будут охарактеризованы методами ИК-спектроскопии и электронной микроскопии.

Проект посвящен экспериментальному изучению диатомовых водорослей и кремнистых губок с применением специфических маркеров, а также разработке подходов к щадящему удалению кремнистых оболочек клеток диатомей. В рамках данного проекта предполагается выполнить следующие основные исследования: отработать методику "мягкого" вскрытия панцирей диатомей под действием высокочастотного ультразвука, генерируемого при работе терагерцевого лазера на свободных электронах; разработать методы синтеза карбоксилсодержащих олигомеров (до 30 ~COOH групп), несущих флуоресцентную метку, для исследований кремнистых губок, как на стадии цельных организмов, так и клеточных культур (приморфы).

Планируется синтезировать ряд новых фосфорсодержащих полимерных амфолитов, структура которых будет более приближена к силаффинам (модифицированные белки, предположительно участвующие в формировании биогенного кремнезёма) по сравнению с существующими синтетическими полимерами. Будет изучена конденсация кремниевой кислоты в присутствии новых полимеров, структура и свойства образующихся композитных материалов.

Данный проект является частью междисциплинарных работ, направленных на установление механизмов формирования высокоупорядоченных кремнистых структур живыми организмами (створки диатомовых водорослей, спикулы кремнистых губок) и использование полученных знаний для создания новых материалов биоинспирированными методами. Ранее из ряда морских силифицирующих организмов выделены длинноцепные полиамины, содержащие до 20 и более атомов азота в цепи. Данные соединения играют важную роль в образовании биогенного кремнезёма, но их недостаточная изученность затрудняет понимание этой роли. Характерной особенностью олигомерных и полимерных аминов является способность к многоточечным взаимодействиям с полимерными кислотами, включая продукты конденсации кремниевой кислоты. Подобные взаимодействия определяют способность полиаминов к реакциям с биополимерами и к контролю формирования биокремнезёма. Конкретной целью проекта является уточнение структуры биогенных полиаминов, выявление закономерностей интерполимерных реакций с их участием и экспериментальное моделирование процессов биосилификации.

Рак легких, особенно инвазивная форма, распространен в Индии и России, а современные терапевтические подходы недостаточны, чтобы продлить срок жизни пациентов и уничтожить рак. Генная терапия предлагает многообещающую стратегию, которая может препятствовать инвазивности рака легких, улучшая тем самым прогноз выживаемости для пациентов. Успех генной терапии, прежде всего, зависит от используемой системы доставки. Эффективный носитель необходим, чтобы обеспечить полное комплексообразование si-РНК, способствующее сайт-специфичной интернализации в клетки рака легких, выходу из эндосомы и высвобождению si-РНК в цитозоль. Настоящая работа посвящена исследованию эффективности двух типов систем-носителей для доставки анти-VEGF si-РНК для подавления VEGF экспрессии в раковых клетках. Результаты проекта обозначат путь к следующему поколению полимерных систем доставки генов. Их потенциал будет оценен при помощи in vitro и in vivo моделей рака легких с применением специфичной si-РНК для подавления гена. Проект должен придать импульс не только развитию терапии рака лёгких, но и развитию подходов генного сайленсирования и генной инженерии. Полимерные компоненты, которые предполагается использовать в данном проекте проявили активность в качестве адъювантов по отношению к некоторым протеинам, что описано в предыдущих работах российской команды. Оценка полиплексов на адъювантную активность по отношению к MUC-1, гликозилированному трансмембранному белку сверхэкспрессированному при раке легкого, который причастен к инвазивности и агрессивности рака, будет еще одним уникальным результатом проекта. Способность являться средством доставки гена, наряду с демонстрируемой адъювантной активностью дает возможность мультимодального использования полимерных носителей, изучаемых в данной работе. Результаты проекта откроют новые горизонты для использования этих носителей для генной и лекарственной доставки, а также для разрешения других сложных задач.

Проект посвящён синтезу и исследованию композитных наночастиц, моделирующих внутриклеточные везикулы, являющиеся начальным звеном в формировании кремнистых и кальциевых скелетов живых организмов. Известно, что клетки, ответственные за построения скелета, содержат наноразмерные кремнистые, кальций фосфатные или карбонатные включения, ассоциированные с биополимерами. Механизм превращения этих везикул в высоко упорядоченные скелеты позвоночных, диатомовых водорослей, губок и др. до сих пор непонятен. В рамках данного проекта будут получены наночастицы, содержащие неорганические компоненты, стабилизированные органическими полимерами, несущими функциональные группы (аминные, карбоксильные, фосфатные) близкие к имеющимся у предполагаемых биогенных стабилизаторов неорганических наночастиц. Далее будут изучены условия, при которых модельные наночастицы могут быть дестабилизированы с образованием твёрдых материалов биоподобной структуры. Данные знания необходимы для понимания механизмов формирования скелета у живых существ, а также для разработки биомиметических и биоинспирированных методов получения новых материалов, включая компоненты для протезирования, регенеративной медицины, трехмерной печати.

Проект посвящён изучению влияния субмикронных частиц, образующихся при разрушении бытовых пластиков, на водные одноклеточные и многоклеточные организмы. Частицы размером менее микрона являются конечным продуктом разложения пластика в естественной среде, далее он разрушается до отдельных молекул. Субмикронные, а особенно наночастицы (менее 100 нм) представляют существенную потенциальную опасность для живых существ включая человека. Активные исследования в этой области начались в последние несколько лет, но количество достоверной информации мало. Существенной проблемой является сам предмет исследования, поскольку выделение достаточного количества субмикронных пластиковых частиц из окружающей среды затруднительно и исследователи используют, как правило, коммерческие образцы полистирольных наночастиц, которые далеки от ожидаемых в природе. В этой связи первой задачей данного проекта будет получение набора субмикронных и наночастиц на основе наиболее распространённых пластиков: полистирола, полиэтилентерефталата, поливинилхлорида, полиэтилена. Частицы будут стабилизированы поверхностными карбоксильными группами, образующимися в естественных условиях при окислении пластиков. Частицы на стадии синтеза будут помечены флуоресцентными красителями, позволяющими отслеживать их в живых организмах. Будет изучено влияние частиц пластика на клетки дрожжей, диатомовых водорослей, динофлагеллят, а также на байкальских губок и моллюсков, рыб Данио-рерио и молодь сиговых. Полученные результаты, с одной стороны, важны для понимания механизмов воздействия субмикронных частиц на живых существ, а с другой - лабораторная информация о распределении пластика в гидробионтах важна для поиска его в реальных экосистемах. В рамках данного проекта планируется верифицировать подходы к флуоресцентной окраске частиц пластика, захваченного живыми организмами. Разработанные подходы будут апробированы при исследовании гидробионтов, обитающих в наиболее антропогенно загрязнённых точках оз. Байкал.