Научная работа

На кафедре химии и технологии биомедицинских препаратов ведутся научные разработки по следующим основным направлениям:

Синтез и исследование новых регуляторов роста растений антистрессового действия с цитокининовой активностью;

Разработка технологий комплексной переработки масла амаранта с выделением сквалена и других сопутствующих продуктов, Biorefinery;

Получение новых структурных аналогов оксилипинов;

Синтез и исследование новых флуоресцентных бисфосфонатов в качестве потенциальных кандидатов на роль диагностических и лекарственных препаратов нового поколения;

Создание систем доставки лекарственных веществ

Регуляторы роста растений для интенсификации сельского хозяйства

Одним из научных направлений коллектива кафедры ХТБМП, совместно с ИНЭОС РАН, является разработка новых регуляторов роста растений с антистрессовым механизмом действия и антидотной активностью для интенсификации сельского хозяйства, снижения себестоимости и повышения урожайности продукции.

Использование регуляторов роста растений антистрессового действия в зонах рискованного земледелия, к которым относится значительная часть посевных площадей России, позволяет предотвратить потери урожая от засухи, морозов, засоленности почв, а антидоты позволяют повысить селективность используемых гербицидов и получить хорошие урожаи даже на почвах, сильно загрязненных персистентными фитотоксикантами.

Синтезированные на кафедре арилзамещенные мочевины и карбаматы обладают большими перспективами, являются технологически доступными, недорогими и стабильными.

В биологических испытаниях на фитоактивность для них показано:

– значительное влияние на процессы обмена веществ в растительных клетках,

– увеличение засухоустойчивости и морозоустойчивости обработанных растений,

– увеличение выживаемости растений при их обработке гербицидами.

Так в опытах на пшенице (Triticum aestivum L.) для некоторых из полученных веществ получены следующие результаты:

– Увеличение эффективности прорастания семян на 30% по отношению к необработанным семенам,

– Увеличение длины побегов проростков на 70% по отношению к необработанным семенам,

– Повышение индекса жизнеспособности семян более, чем в два раза по отношению к необработанным семенам,

– Повышение выживаемости побегов в условиях засухи до 100%.

Результаты работы были отмечены серебряной медалью и дипломом Московского международного салона изобретений и инновационных технологий «Архимед-2020».

Таким образом разработана линейка доступных для промышленного синтеза соединений, обладающих рострегуляторной активностью и обеспечивающих повышение устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды.

Это особенно актуально для развития направления из Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации: Переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработка и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективная переработка сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований РФФИ 19-03-00492А

Публикации по теме:

1. Kalistratova A.V., Oshchepkov M.S., Ivanova M.S., Kovalenko L.V., Tsvetikova M.S., Bystrova N.A., Kochetkov K.A. Wheat (Triticum aestivum L.) Reaction to New Bifunctional Carbamate Compounds // Journal of Agricaltural Science, 2021, V. 13, No 9, P. 36-47, DOI:10.5539/jas.v13n9p36

2. Калистратова А.В., Ощепков М.С., Иванова М.С., Коваленко Л.В., Болдырев В.С. Применение микроволнового излучения в синтезе N-арил-N′-аминоэтилмочевин // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2021, 5(98), с. 125-141 Scopus, WoS, Q3, DOI: 10.18698/1812-3368-2021-5-125-141

4. Kalistratova A.V., Kovalenko L.V., Oshchepkov M.S., Solovieva I.N., Polivanova A.G., Bystrova N.A., Kochetkov K.A. Biological activity of the novel plant growth regulators: N-alkoxycarbonylaminoethyl-N’-arylureas//Bulgarian Journal of Agricultural Science, 2020. V. 26, № 4, p. 772-776, Scopus, WoS, Q3, https://www.agrojournal.org/26/04-10.html

Развитие «Biorefinery»

Одним из приоритетных направлений развития кафедры является создание производства растительного сквалена, обеспечивающего частичное импортзамещение и вклад в общемировую цель по снижению использования «животного» сквалена, путем переработки отходов получения масла амаранта. Исследования в данном направлении осуществляются совместно с НИЦ «Курчатовский институт» и ООО «Русская олива».

Сквален благодаря широкому спектру биологической активности и интересным физико-химическим свойствам является основой для инновационных продуктов косметической и фармацевтической промышленности. Он обладает иммуномодулирующей, противораковой и противовирусной активностью.

В настоящее время сквален активно используется в химии, иммунологии и медицине: при диагностике и лечении онкологических и вирусных заболеваний, в том числе ВИЧ и гепатита, малярии, туберкулеза. Особого внимания заслуживает способность сквалена к стабилизации наноэмульсий. Благодаря этому на основе сквалена активно развивается направление по получению самоорганизующихся наночастиц – скваленирование, заключающееся в ковалентной модификации ЛС (аналогов нуклеозидов, антибиотиков), а также средств для визуализации и диагностики заболеваний методами МРТ и ПЭТ и олигонуклеотидов для генной терапии с целью повышения их биодоступности и эффективности, снижения токсичности. На кафедре ведется работа по изучению стабилизации наночастиц, формируемых ядром из сквалена путем межмолекулярных нековалентных взаимодействий в качестве альтернативы скваленированию. Кроме того, выполнен большой цикл работ по разработке подходов к синтезу производных сквалена с потенциальной биологической активностью.

Научным коллективом кафедры разработан эффективный метод глубокой переработки масла амаранта и отходов его производства с получением сквалена и ряда других коммерциализируемых функциональных продуктов, в том числе фосфолипидов, мыла и шрота (корм для скота, обогащенный белком), с использованием соногидро-динамического резонанса и других методов.

Публикации по теме:

3. Kalistratova Antonida V., Kovalenko Leonid V., Oshchepkov Maxim S., Gamisoniya Alina M., Gerasimova Tatiana S., Demidov Yuri A., Akimov Mikhail G. Synthesis of new compounds in the series of aryl-substituted ureas with cytotoxic and antioxidant activity//Journal of Mendeleev Communication, 2020, V. 30, № 2, p. 153-156, Scopus, WoS, Q3, DOI: 10.1016/j.mencom.2020.03.007

4. Kalistratova A.V., Kovalenko L.V., Oshchepkov M.S., Solovieva I.N., Polivanova A.G., Bystrova N.A., Kochetkov K.A. Biological activity of the novel plant growth regulators: N-alkoxycarbonylaminoethyl-N’-arylureas//Bulgarian Journal of Agricultural Science, 2020. V. 26, № 4, p. 772-776, Scopus, WoS, Q3, https://www.agrojournal.org/26/04-10.html

5. Oshchepkov M.S., Kalistratova A.V., Savelieva E.M., Romanov G.A., Bystrova N.A., Kochetkov K.A. Natural and synthetic cytokinins and their applications in biotechnology, agrochemistry and medicine//Russian Chemical Reviews, 2020, V. 89, № 8, p. 787-810, Scopus, WoS, Q1, DOI: 1070/RCR4921

Новые флуоресцентные бисфосфонаты в качестве потенциальных кандидатов на роль диагностических и лекарственных препаратов нового поколения

Разработанные швейцарским исследователем Гербертом Фляйшем в 1968 году бисфосфонаты изначально являлись средством лечения такого заболевания, как остеопороз. Сегодня данный класс биологически активных веществ нашел широкое применение не только в медицине для лечения заболеваний костной системы, но также и в различных областях химической технологии. Так, например, бисфосфонаты применяются в качестве ингибиторов образования солеотложений и коррозии в водооборотных системах, для разделения катионов металлов. Широкий спектр биологической активности позволяет использовать соединения данного класса для лечения гиперкальциемии, остеопороза, болезни Педжета, онкологических заболеваний, а также в качестве контрастных агентов.

Коллектив кафедры ведет интенсивные разработки в области синтеза новых бисфосфоновых производных. Были получены флуоресцентные бисфосфонаты нового поколения, которые могут быть использованы для выявления кальцификации мягких тканей, патологий сосудов, молочных желёз и почек на ранних стадиях развития заболеваний, а также при изучении процессов нормального и патологического метаболизма костной ткани. Общая формула таких соединений представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Бисфосфонат нового поколения

Полученные коллективом кафедры бисфосфонаты, конъюгированные с флуорофором, построенным на платформе 1,8-нафталимида, демонстрируют замечательные спектральные свойства, а также высокое сродство к иону кальция в водных средах. Таким образом, данные соединения могут быть использованы для флуоресцентной визуализации кальцификации мягких тканей, а также для широкого ряда исследований по биовизуализации.

Сотрудниками кафедры совместно с коллегами из Института общей физики им. А.М. Прохорова и Института биологии гена РАН проведено исследование, которое показало, что в присутствии флуоресцентного бисфосфоната и гидроксиапатита можно эффективно визуализировать фибробласты человека. Молекулы бисфосфоната эффективно проникают в клетки, но не проникают через ядерную мембрану, а также связываются с гидроксиапатитом, что позволяет визуализировать распределение микрочастиц гидроксиапатита в клетках, как это показано на рис. 2.

Рисунок 2 – Флуоресцентные микрофотографии фибробластов человека

Результаты проведенного исследования показывают, что фибробласты не маскируют поглощение молекул бисфосфоната гидроксиапатитом, и области кальцификации мягких тканей остаются легко распознаваемыми и локализуемыми. Таким образом, полученный бисфосфонат может стать универсальным инструментом для раннего выявления кальцификации мягких тканей человека на ранних этапах выявления заболеваний.

Публикации по теме:

1. Popov, K., Oshchepkov, M., Tkachenko, S., Sergienko, V., Oshchepkov, A. //Journal of Molecular Liquids. – 2022. – P. 118619.

2. Tkachenko, S., Ryabova, A., Oshchepkov, M., Popov, K. Fluorescent‐tagged Antiscalants: A New Look at the Scale Inhibition Mechanism and Antiscalant Selection. //ChemNanoMat. – 2022. – Vol.2. – P. e202100370.

3. Oshchepkov A., Oshchepkov M., Pavlova G., Ryabova A., Kamagurov S., Tkachenko S., Frolova S., Redchuk A., Popov K., Kataev E. Naphthalimide-functionalized bisphosphonates for fluorescence detection of calcification in soft tissues// Sensors and Actuators: B. Chemical. – 2020. – Vol. 314. - P. 128047-128057

4. Oshchepkov M., Kamagurov S., Tkachenko S., Ryabova A., Popov K. Insight into the mechanisms of scale inhibition: a case study of a task‐specific fluorescent‐tagged scale inhibitor location on gypsum crystals // ChemNanoMat. – 2019. – Vol. 5. – № 5. – P. 586–592