Исследовательские интересы
Исследования в области наномедицины и наносенсорики, с акцентом на материалы на основе наноструктур пористого кремния для доставки лекарств, фотосенсибилизации, соносенсибилизации, сенсибилизации высокочастотных электромагнитных волн для терапии, визуализацию in vivo и in vitro с помощью фотолюминесцентных наночастиц; фотонные кристаллы, ГКР-активные наноструктуры, биосенсоры, противовирусные и антибактериальные агенты. Наша группа является экспертом в области синтеза, химии, электрохимии, оптических и квантово-размерных свойств наносистем на основе кремния.
Разработка биосовместимых люминесцентных наночастиц-наноконтейнеров для доставки лекарств, активируемых с помощью света, ультразвука или электромагнитного излучения, для тераностики (одновременной терапии и диагностики) онкологических заболеваний
Мы занимается изготовлением и исследованием структурных, физико-химических свойств пористых кремниевых наночастиц (пКНЧ) для их использования в биомедицине. Были впервые разработаны методики получения фотолюминесцентных пористых КНЧ измельчением кремниевых нанонитей [Nanoscale Res Lett 2014, 9, 463. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-463]. Доказано свойство биосовместимости получаемых наночастиц, возможности визуализации раковых клеток с интернализованными наночастицами линейными и нелинейными оптическими методами [Int. J. Mol. Sci. 2016, 17, 1536. https://doi.org/10.3390/ijms17091536; ACS Biomater. Sci. Eng. 2021 https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.1c00771], и c помощью магнитной резонансной томографии [Appl. Phys. Lett. 2015, 107, 233702 https://doi.org/10.1063/1.4937731]. Уникальность работ обусловлена также применением физических методов для активации терапевтических свойств наночастиц. Нами были впервые предложены и изучены свойства пКНЧ фотосенсибилизации активных форм кислорода (Journal of biophotonics 2012, 5, 7 https://doi.org/10.1002/jbio.201100112), сенсибилизации ультразвука (УЗ) (Microporous and Mesoporous Materials 2015, 210 https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2015.02.037), а также высокочастотного электромагнитного (ВЧЭМ) излучения терапевтических мощностей и интенсивностей (Sci Rep 2014, 4, 7034 https://doi.org/10.1038/srep07034), и в сериях биологических экспериментов доказана эффективность предложенных свойств пКНЧ для терапии рака. Впервые методом спектроскопии комбинационного (Рамановского) рассеяния света доказано свойство биодеградации пКНЧ в живых клетках [Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine 2016, 12 (7) https://doi.org/10.1016/j.nano.2016.04.004.]. Впервые продемонстрирована возможность управления путями гибели клеток с помощью пКНЧ выступающих в роли наноконтейнеров для доставки лекарств [ACS Biomater. Sci. Eng. 2019, 5, 11 https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.9b01292], а также управления скоростью биодеградации пКНЧ в живых клетках [Faraday Discuss. 2020, 222, 318 https://doi.org/10.1039/C9FD00107G ].
Разработка высокочувствительных нано-биосенсоров для качественного и количественного экспресс-анализа вирусов и микроорганизмов, а также маркеров социально-значимых заболеваний
Мы занимаемся разработкой ГКР-активных композитных сенсорных наноматериалов на основе пористых кремниевых наноструктур и кремниевых нанонитей с внедренными частицами плазмонных металлов (серебро или золото) для экспрессного мультиплексного обнаружения и определения бактерий, вирусов, а также маркеров социально-значимых заболеваний в целях медицинской диагностики. Разработаны методики получения ГКР-активных наноструктур различных форм [Applied Surface Science 2020, 507, 144989 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.144989], показана возможность управления расстоянием между плазмонными наночастицами золота с использованием матриц на основе пористого кремния [Sensors 2020, 20(19), 5634; https://doi.org/10.3390/s20195634 ]. Впервые разработана методика получения композитных материалов на основе кремниевых нанонитей, декорированных наночастицами золота и серебра и показана эффективность их использования для детектирования пиоцианина – метаболита бактерии синегнойной палочки [Talanta 2019, 202, 171-177 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.04.047] и билирубина [ACS Biomater. Sci. Eng. 2021 https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.1c00728].
Ведутся работы по созданию электрических и оптических интерферометрических сенсоров для диагностики вирусов. Разработаны методы получения наноструктур и показана эффективность их использования в качестве чувствительного элемента для диагностики вирусов [Results in Materials 2020, 6, 100084 https://doi.org/10.1016/j.rinma.2020.100084); Mater. Res. Express 2020, 7 (3), 035002 https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab7719].
Разработка антибактериальных и противовирусных агентов на основе наночастиц и композитных наноструктур
Нами было впервые обнаружено неспецифическое связывание вирусов иммунодефицита человека (ВИЧ) и респираторно-синцитиального вируса (РСВ) с пористыми кремниевыми наночастицами. Показано, что такое связывание осуществляется за счет Ван-дер Ваальсовых сил, возникающих между наночастицами и вирионами [J Nanopart Res 2014, 16, 2430 https://doi.org/10.1007/s11051-014-2430-2]. Результатам такого взаимодействия является блокирование гликопротеиновых рецепторов на поверхности вирусов, после чего вирионы теряют свои способности к заражению клеток. Данный механизм воздействия кремниевых наночастиц на вирусы доказано является универсальным [Bioactive Materials 2022, 7, 39–46 https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.06.001], что представляет огромный интерес для дальнейшего изучения вирулицидных и противовирусных свойств пКНЧ.
Впервые продемонстрирована возможность уничтожения бактерий при комбинированном воздействии на них пКНЧ и терапевтического ультразвукового излучения [Langmuir 2017, 33(10) https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b04303]. Результатом воздействия являлся лизис мембраны бактерий в областях сорбции на них наночастиц. Такое антибактериальное действие активируемых ультразвуком (соноактивируемых) КНЧ предполагается быть универсальным.
Текущие проекты
- РНФ № 20-12-00297 “Разработка высокочувствительных нано-биосенсоров для качественного и количественного экспресс-анализа микроорганизмов, а также маркеров социально-значимых заболеваний”. Срок исполнения 2020-2022 гг., руководитель Осминкина Л.А. https://rscf.ru/contests/search-projects/20-12-00297/
- РНФ 19-72-10131 “Саморапортующие системы адресной доставки противораковых лекарств на основе нанокомпозитов кремния и золота” Срок исполнения 2019-2022 гг., руководитель Гонгальский М.Б. http://www.rscf.ru/prjcard/?rid=19-72-10131