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 19-03-00492 А

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.

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