Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Поставленные в Проекте цели на 2016 год полностью достигнуты. В ходе выполнения проекта получены результаты по всем основным его направлениям. По оригинальным методикам были синтезированы прекурсоры для ковалентной сшивки олиго- и полимолочных кислот - производные п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащие четыре и восемь карбоксильных групп в трёх конфигурациях (конус, частичный конус и 1,3-альтернат). Синтезированы новые замещенные по нижнему ободу тиакаликс[4]арены, содержащие 1-амидоантрахиноновый, N-(4’-нитрофенил)ацетамидный, N-(2-гидроксиэтил)ацетамидный, N,N-диэтилацетамидный и (этоксикарбонил)метоксильный фрагменты. Разработаны и оптимизированы методики синтеза тетразамещённых по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих фрагменты иминодиуксусной, янтарной, малеиновой, цитраконовой, дигликолевой кислот. Впервые разработана технология модификации олигомолочной кислоты макроциклическим полифункциональным соединением путём смешения тетракислотного производного п-трет-бутилтиакаликс[4]арена и олигомолочной кислоты и последующей соконденсации в перегретом растворе либо в расплаве реагентов. Показано, что модификация тетракислотными производными п-трет-бутилтиакаликс[4]арена приводит к повышению температуры разложения полученных материалов, наиболее значительная термическая стабилизация наблюдается в случае производного п-трет-бутилтиакаликс[4]арена в конфигурации 1,3-альтернат. Найдены условия формирования субмикронных сферических частиц на основе модифицированной производными п-трет-бутилтиакаликсарена олигомолочной кислоты: в дихлорметане в зависимости от конфигурации п-трет-бутилтиакаликс[4]арена образуются монодисперсные агрегаты (конфигурация конус), системы субмикронных и микронных частиц (конфигурация частичный конус), полидисперсные коллоидные системы (конфигурация 1,3-альтернат). Полученные путем нанопреципитации субмикронные частицы олиголактидов были использованы для получения и характеристики полимерных пленок на стеклоуглеродных электродах как основы электрохимических сенсоров и биосенсоров. С помощью постояннотоковой вольтамперометрии и редокс-индикаторов, отличающихся зарядом, получены сведения о лимитирующей стадии переноса низкомолекулярных носителей заряда сквозь такие полимерные пленки. Рассчитаны гетерогенные константы скорости электронного переноса и произведена классификация полученных покрытий по их проницаемости в зависимости от природы полимера и его количества на электроде. Установлена агрегация производных олигомолочной кислоты с макроциклами в конфигурациям частичный конус и 1,3-альтернат в области средний поверхностных концентраций полимеров. Полученные результаты необходимы при оптимизации состава поверхностного слоя для их использования в составе электрохимических сенсоров и биосенсоров. Получены гибридные покрытия с участием разработанных полимерных пленок и ДНК с помощью электростатической самосборки в присутствии полиаллиламин гидрохлорида. В составе покрытий ДНК сохраняет способность к специфическим взаимодействия с участием низкомолекулярных интеркаляторов. Показана возможность определения доксорубицина, собственной электрохимической активностью не обладающего, по его конкурентного взаимодействию с метиленовым синим в составе нативной ДНК. Показана возможность разделения сигналов нативной, термически и химически денатурированной ДНК, что в перспективе может найти применение в составе соответствующих диагностических устройств.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Поставленные в Проекте цели на 2017 год полностью достигнуты. В ходе выполнения проекта получены результаты по всем основным его направлениям. Впервые осуществлено введение фрагмента димолочной кислоты к п-трет-бутилтиакаликс[4]ареновой платформе посредством реакции с L-лактидом. Установлено сохранение конфигурации лактидного фрагмента при его присоединении к макроциклу, находящемуся в конфигурации 1,3-альтернат. Рядом физических методов (ЯМР, УФ и флуоресцентной спектроскопии) показано сродство полученного 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[4-(3-(2-((2-гидроксипропаноил)окси)пропанамидо)пропокси)]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арена к дофамину. Установлено, что константа ассоциации с этим амином превышает таковые для ранее полученных 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[4-(3-(3-карбоксипропанамидо)пропокси)]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арена и 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[4-(3-(2-(карбоксиметокси)ацетамидо)пропокси)]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арена. Впервые синтезирован ряд тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих амидные, сложноэфирные и карбоксильные фрагменты, в конфигурациях конус, частичный конус и 1,3-альтернат (5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[1-((3`-гидроксипропил)амидокарбонил))-метокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен, 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[1-(карбоксиэтилиденкарбонил-3`-оксипропил)амидокарбонил)-метокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен). На примере ацилирования тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов показано влияние длины алкилиденового спейсера на реакционную способность полученных соединений во взаимодействии с циклическим ангидридом: этаноламидные производные не реагируют, а в случае пропаноламидных производных образуются продукты ацилирования янтарным ангидридом. Разработана методика модификации фрагментами димолочной кислоты 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[1-((3`-гидроксипропил)амидокарбонил))-метокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арена, находящегося в трёх пространственных конфигурациях (конус, частичный конус, 1,3-альтернат) с использованием избытка L-лактида в безводном диметилсульфоксиде в присутствии триэтиламина при комнатной температуре. Повышение температуры синтеза сопровождается увеличением числа фрагментов молочной кислоты на нижнем ободе до 8-16. Ацилирование макроциклов L-лактидом в диметилформамиде в присутствии гидрида натрия приводит к образованию смеси продуктов, содержащих на нижнем ободе 4-8 остатков молочной кислоты. Предложена методика ацилирования полимолочной кислоты со средней молекулярной массой 5 кДа тетрахлорангидридным производным п-трет-бутилтиакаликс[4]арена в конфигурации 1,3-альтернат в дихлорметане в присутствии триэтиламина. Предложен и реализован подход к увеличению длины олиголактидных цепей в синтезированных немодифицированной и модифицированной макроциклами олигомолочных кислотах, основанный на применении диоктоата олова (II) при 180º С в атмосфере аргона. Синтезированы новые 1,2-ди- и тетразамещенные по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арены, содержащие N-(4’-нитрофенил)ацетамидные и N,N-диэтилацетамидную группы, в конформациях конус и частичный конус. С помощью УФ-спектроскопии изучена их комплексообразующая способность по отношению к ряду солей тетрабутиламмония н-Bu4NX (X =F-, Cl-, Br-, I-, СН3СО2-, Н2РО4-, NO3-). На примере замещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов N-(4’-нитрофенил)ацетамидными и N,N-диэтилацетамидным фрагментами показано существенное влияние числа и природы заместителей на комплексообразующие свойства синтетических рецепторов на основе тиакаликс[4]арена. Найден эффективный рецептор изученных анионов, п-трет-бутилтиакаликс[4]арен, тетразамещенный по нижнему ободу N-(4’-нитрофенил)ацетамидными фрагментами в конформации конус. 1,2-Дизамещенный тиакаликс[4]арен в конформации частичный конус, содержащий только один N-(4’-нитрофенил)ацетамидный фрагмент, селективно связывает фторид-анион в отличие от 1,3-дизамещенного макроцикла, содержащего два таких фрагмента. Установлено влияние конфигурации макроциклических «узловых» элементов и основности среды на гидролитическую устойчивость пленок полилактидов. Наибольшая устойчивость пленок наблюдается в нейтральной среде, наименьшая – в щелочной. Во всех изученных средах (кислая, нейтральная, щелочная) устойчивость синтезированных полилактидных пленок возрастает в ряду: немодифицированный полилактид<полилактиды, модифицированные тиакаликс[4]ареном в конфигурации конус<частичный конус<1,3-альтернат. Методами динамического светорассеяния и флуоресцентной спектроскопии показано образование ассоциатов полилактидов с модельными белками (лизоцимом, бычьим сывороточным альбумином и гемоглобином) в нейтральной среде. Наиболее крупные частицы образуются с лизоцимом, при этом образующиеся системы имеют максимальную полидисперсность. Проведена электрохимическая характеристика гибридных покрытий с включением олигомолочной кислоты с дополнительным введением в полимерные пленки полиэлектролитов, нативной, денатурированной и окисленной ДНК, поли(нейтрального красного) и наночастиц серебра. Установлено влияние конфигурации макроциклического ядра кросс-сшитых олиголактидов на проявление активности фенотиазинов (метиленовый синий, метиленовый зеленый), как ковалентно связанных с компонентами носителя, так и удерживаемых в составе слоя с помощью электростатических взаимодействий. Показано, что олигомолочная кислота не создает значительного диффузионного торможения переноса низкомолекулярных соединений, обладающих собственной электрохимической активностью, а их включение в состав гибридного слоя определяется в основном электростатическими взаимодействиями с участием карбоксилатных концевых групп олигомеров. Определены условия регистрации электрохимической активности веществ, обладающих собственной медиаторной (нейтральный красный) и электрокаталитической (элементное серебро) активностью и находящихся в связанном состоянии в модифицирующем покрытии. http://rscf.ru/ru/node/2690 http://polit.ru/news/2017/11/29/ps_rnf/

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Поставленные в Проекте цели на 2018 год полностью достигнуты. В ходе выполнения Проекта получены результаты по всем основным его направлениям. Впервые методом динамического светорассеяния была проведена оценка влияния «макроциклического узла» на стабильность и характер образующихся в водной среде самоассоциатов сополиэфиров. Методами динамического светорассеяния и просвечивающей электронной микроскопии было показано, что макроциклы с четырьмя олиголактидными фрагментами (от 10 до 33 остатков молочной кислоты) при рН 7.4 образуют стабильные отрицательно заряженные ассоциаты (значения электрокинетических потенциалов находятся в диапазоне от -44 до -58 мВ). Было показано некоторое уменьшение стабильности коллоидных систем в присутствии белков: отличительной особенностью связывания с данными биополимерами является образование стабильных наноразмерных частиц с транспортными белками (БСА и гемоглобин). Было выявлено, что в присутствии положительно заряженного в условиях эксперимента (рН 7.4) лизоцима (pI 11.4) наблюдается коагуляция частиц вследствие электростатического взаимодействия с противоположно заряженными олиголактидами. Методом ПЭМ было показано формирование агломератов сферических частиц ассоциатов макроциклических сополиэфиров с лизоцимом. Установлено, что изображения ПЭМ, полученные для ассоциатов макроциклических сополиэфиров с транспортными белками (БСА и гемоглобином), кардинально отличаются – на них присутствуют отдельные сферические наноразмерные ассоциаты. Было показано, что на характер взаимодействия макроциклических сополиэфиров с белками влияет как гидрофобность «макроциклического узла», так и его конфигурация. Методом флуоресцентной спектроскопии была оценена эффективность связывания белков (установлены константы ассоциации): при взаимодействии биополимеров с синтезированными поли- и олиголактидами с «макроциклическим узлом» наблюдается тушение флуоресценции. Было выявлено, что наиболее явно взаимодействие проявляется в случае олиголактида, модифицированного «макроциклическим узлом», находящимся в конфигурации частичный конус, ему лишь незначительно уступает сополиэфир олигомолочной кислоты и макроцикла в конфигурации конус. Было показано, что в отсутствие «макроциклического узла» (немодифицированный олиголактид) изменений в спектрах флуоресценции со всеми изученными белками практически нет. Построением кривых в координатах Штерна-Вольмера было установлено, что в случае БСА тушение флуоресценции обусловлено динамическими процессами, тогда как для остальных белков - образованием комплексов между олиголактидом и белком. Методом ТГ/ДСК было выявлено значительное изменение термической стабильности олиголактидов при модификации «макроциклическим узлом». Было показано, что увеличение термической стабильности олиголактидов достигается только в случае образования индивидуальных соединений, когда удельное содержание макроцикла в сополимере высоко. Было установлено, что снижение термической стабильности характерно для смесей, содержащих одновременно модифицированную и немодифицированную олигомолочную кислоту, когда макроцикл выступает как «разупорядочивающий элемент», ослабляющий межмолекулярные взаимодействия между отдельными макромолекулами. Полученные результаты открывают новые возможности для применения олиго- и полимолочных кислот в 3D печати изделий биомедицинского назначения. Была изучена стабильность полученных сополиэфиров в водных средах. Было показано увеличение устойчивости к гидролизу олиго- и полиэфиров молочной кислоты при модификации макроциклами. При этом полученные сополиэфиры оказались наиболее устойчивы в условиях, близких к физиологическому значению рН организма, наименьшая устойчивость наблюдается в щелочной среде (рН 9.2). Впервые ацилированием L-лактидом макроциклических гидразидов были получены новые олиголактидные производные п-трет-бутилтиакаликс[4]арена в конфигурациях конус и 1,3-альтернат, содержащие дополнительные связывающие группы. Было показано, что в зависимости от конфигурации макроцикла возможно присоединение четырех либо шести олиголактидных фрагментов к каждой гидразидной группе, что связано с пространственной доступностью гидразидных групп для ацилирующего агента. Методом ДСР было установлено, что синтезированные гидразидо-лактидные производные п-трет-бутилтиакаликс[4]арена способны к образованию самоассоциатов, а также к ассоциации с ионами серебра. Впервые была предложена и реализована методика синтеза лактидного производного п-трет-бутилтиакаликс[4]арена в конфигурации 1,3-альтернат. Было установлено, что реакция соответствующего макроциклического тетраэфира и L-молочной кислоты в тетраглиме протекает при одновременном присутствии в реакционной смеси в качестве катализатора сульфата магния и п-толуолсульфокислоты. Было показано, что в этих условиях образуется единственный продукт, без примеси немодифицированных олигомолочных кислот, что было характерно для ранее использовавшихся методик. Методами УФ, ДСР и 2М спектроскопии ЯМР DOSY была показана способность полученного в индивидуальном виде сополиэфира к самоассоциации в полярных растворителях. Методом флуоресцентной спектроскопии было показано встраивание в мицеллы, образованные модифицированными макроциклами олиголактидами, положительно заряженных красителей (этидий бромид, родамин 6G). Было выявлено, что изученные олиголактиды и ДНК из молок лосося конкурируют за связывание с красителем. В продолжение проведенных ранее в рамках Проекта исследований проведено развернутое исследование влияния условий получения гибридных материалов олиголактидов и наночастиц серебра на их свойства. Исследованы условия потенциостатического электролиза (рабочий потенциал, концентрация олиголактида и конфигурация макроциклического ядра) на сигналы анодного растворения осажденных наночастиц серебра. Установлено, что наибольшее количество металлов осаждается в присутствии олиголактидов, кросс-сшитых тиакаликсаренами в конфигурации конус и 1,3-альтернат. Вариации положения и размеров анодных пиков на вольтамперограммах соответствуют установленным ранее параметрам проницаемости полимерных пленок. Предложен механизм образования дендритных структур, а также особенностей вольтамперограмм покрытий. В соответствии с ним осаждение серебра определяется двумя факторами – электростатическим накоплением серебра за счет реакции с карбоксилатными концевыми фрагментами олиголактидов и ограничением доступа ионов серебра к электроду, покрытому пленкой полимера. В ряде случаев удалось достичь эффективности электролитического осаждения серебра, превышающей скорость его осаждения на чистом стеклоуглеродном электроде. Разработанные гибридные материалы нашли применение для определения окисляющихся органических соединений, важных с точки зрения медицинской диагностики и контроля качества пищевой продукции. Так, разработан сенсор для определения триптофана по току его окисления. Определены рабочие условия регистрации сигнала и отсутствие влияния на него других окисляющихся аминокислот. Предположительно повышение чувствительности определения триптофана и уменьшение рабочего потенциала сенсора обусловлены специфическим связыванием серебра по индольному фрагменту триптофана. Сенсор прошел апробацию на примере его определения в препарате «Формула спокойствия» на фоне витаминов группы В и стабилизаторов. Аналогичным образом исследовано окисление ряда антиоксидантов и нейромедиаторов – дофамина, гидрохинона, кверцетина и аскорбиновой кислоты. Сигналом служило каталитическое увеличение анодного пика элементного серебра. Медиаторное окисление увеличивало чувствительность определения в 1.2-1.5 раза и снижало предел обнаружения на порядок величины концентрации по сравнению с процессами, протекающими на стеклоуглеродном электроде, модифицированном олиголактидами без серебра. В случае дофамина структурно родственные серотонин, адреналин и норадреналин не мешали определению. Установлено влияние морфологии покрытия на характеристики определения окисляющихся органических соединений. Близость потенциалов окисления исследованных соединений не позволяет различить антиоксиданты при их совместном присутствии в растворе. Разработанный сенсор с гибридным покрытием олиголактид – серебро может в перспективе найти применение в контроле антиоксидантной емкости продуктов питания и лекарственных препаратов. В случае аскорбиновой кислоты каталитического увеличения токов не наблюдалось, сигнал растворения серебра в серии последовательных измерений необратимо снижался. Разработан ацетилхолинэстеразный сенсор для определения обратимых ингибиторов фермента, применяемых в качестве лекарств для лечения нейродегенеративных заболеваний (донезепил, берберин и гуперзин А). Биосенсор отличался улучшенными операционными и аналитическими характеристиками благодаря снижению рабочего потенциала окисления тиохолина, продукта гидролиза субстрата. В присутствии ингибиторов ток окисления снижается пропорционально концентрации определяемых соединений. Пределы обнаружения указанных соединений находятся в пикомолярном интервале их концентраций. После измерения биосенсор можно регенерировать путем отмывки в буферном растворе. Установлены аналитические характеристики определения субстрата в зависимости от структуры макроциклического ядра олиголактидов и условий осаждения серебра. Ранее в литературе не были описаны ацетилхолинэстеразные биосенсоры для определения гуперзина А, по другим препаратам достигнуто значительное снижение определяемых концентраций по сравнению с известными аналогами. Разработанные сенсоры прошли апробацию на примере определения указанных препаратов в синтетической урине. Также установлено отсутствие влияния на сигнал сывороточных белков крови. Разработаны условия получения полиэлектролитных комплексов, включающих олиголактиды с удлиненной цепью, синтезированные на данном этапе выполнения Проекта, как полианионы в сочетании с поли(диметилдиаллиламмоний хлоридом) как поликатионом. Установлены условия самосборки и зависимость параметров комплексов в зависимости от числа слоев и природы компонентов слоя. Процесс самосборки независимо контролировали с помощью атомно-силовой микроскопии и спектроскопии электрохимического импеданса. Показано, что включение в состав слоя олиголактидов приводит к перезарядке внешнего слоя. Это можно установить по характерной пилообразной зависимости тока пика восстановления диффузионно свободного индикатора (феррицианид-ион), добавляемого в раствор, методом постояннотоковой вольтамперометрии. Установлены константы скорости гетерогенного переноса электрона и влияние на проницаемость слоя и условия электронного обмена в присутствии в комплексе ДНК. Определены морфология поверхности комплекса с помощью атомно-силовой микроскопии и влияние на нее химического окисления ДНК. Показано, что различное влияние термически и химически поврежденной ДНК может быть связано с их различной конформационной гибкостью и возможностями внутрислойной диффузии. Установленные закономерности могут найти применение для регистрации повреждения ДНК и выявления специфических взаимодействий с участием нативной ДНК.