Изучение взаимодействия белков, полисахаридов и наночастиц диоксида кремния

Введение

Кремний, или Si, является одним из наиболее распространенных химических элементов на Земле . Его оксидные формы, такие как силикат (SiO4) и диоксид кремния, также известный как кремнезем (-SiO2-), являются основными составными частями песка и кварца (составляют 90% земной коры). Благодаря своим уникальным химическим и физическим свойствам материалы на основе Si используются в нескольких отраслях промышленности, таких как строительство, электроника, пищевая промышленность, потребительские товары и биомедицинская инженерия/медицина. Продукты на основе Si широко используются для биомедицинских применений, что является интересом данной исследовательской работы. Они находятся в постоянном контакте c различными тканями человеческого организма – кровью, слюной, биопленками, мышечной тканью, различными органами и т.д. В биомедицине в условиях in vivo восстановленные наночастицы диоксида кремния в растворе вводят посредством внутривенной или внутримозговой инъекции. Наночастицы будут сталкиваться с белками из крови или спинномозговой жидкости, которые будут влиять на их взаимодействие на клеточном и тканевом уровнях. Следовательно, протеомный анализ белков, связанных на поверхности наночастиц, известных как белковая корона, может улучшить наше понимание роли наночастиц в активации определенных цитотоксических путей. Каждая модификация поверхности будет определять общий поверхностный заряд, размер, стабильность и клеточную специфичность наночастиц при целевой доставке лекарств, определяя взаимодействия с критическими факторами, а также цитотоксичность и эффективность клеточного поглощения. Анализ белковой короны также может дать подсказки, позволяющие прогнозировать долгосрочные эффекты наночастиц. Таким образом, наночастицы SiO2 могут взаимодействовать со многими разнообразными клеточными и внеклеточными белками, которые могут влиять на взаимодействие in vivo. Кроме того, материалы на основе SiO2 десятилетиями используются в пищевых добавках , бинтах , катетерах и имплантатах , наполнителях зубных паст и контактных линзах , то есть взаимодействуют с биологическими объектами. Нано- и микроразмерные материалы на основе SiO2 также используются в пищевых добавках для увеличения поглощения питательных веществ в организме. Материалы на основе SiO2 были исследованы в качестве средства доставки лекарств в течение последних нескольких десятилетий . Инкапсуляция энзимов, бактерий и клеток млекопитающих в аморфных нано- и микрочастицах SiO2 продемонстрировала длительный срок хранения и не изменила их метаболическую активность, что указывает на высокий потенциал таких частиц для улучшения доставки биологически активных веществ . Объект исследования – частицы диоксида кремния, предназначенные для биомедицинских применений и находящиеся в постоянном взаимодействии с тканями организма человека. Предмет исследования: изучение характеристикам взаимодействия частиц диоксида кремния, которые могут определять их биологическое поведение. Описано влияние гибридизации на биосовместимость, белковую корону, биораспределение, биоразлагаемость и клиренс частиц на основе диоксида кремния. Научная новизна исследования состоит в том, что рассмотрены различные аспекты применения материалов на основе мезопористого диоксида кремния при взаимодействии с биологическими объектами (белками): хорошо зарекомендовавшими себя для доставки лекарств и высокоэффективных гибридных материалов. Рассмотрены тенденции в области биомедицинских применений наночастиц диоксида кремня, таких как нетрадиционные методы биовизуализации, комбинированная терапия в доставке лекарств, антимикробная защита и т.д. Цель работы – изучение возможностей применения частиц диоксида кремния в биологических объектах, их преимуществ и особенностей. Поставленная цель предусматривает решение следующих задач: На основании анализа научной литературы по мезопористым кремнийорганическим нанокомпозитам во взаимодействии с биологическими системами выявить особенности их взаимодействия, как процесса с новыми возможностями; На основе обзора возможностей применения таких материалов охватить весь спектр их использования и научить этому студентов.