Спектроскопия когерентного антистоксового рассеяния света (КАРС) для разработки биомедицинских наноагентов с высокой эффективностью и безопасностью

Грант (участник)

https://istina.msu.ru/projects/320315804/ Целью настоящего Проекта является создание научной платформы для разработки медицинских тераностических наноагентов с высокой эффективностью и биосовместимостью. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие конкретные задачи: 1. Получение с помощью спектроскопии когерентного антистоксового рассеяния света (КАРС) принципиально новой информации о взаимодействиях наночастиц с окружающими биомолекулами, которая обеспечит решение следующих конкретных задач: - изучение влияния взаимодействий поверхностных групп наночастиц/корон нанокомплексов на состояние и функциональную активность прикрепленных и взаимодействующих с поверхностью наночастиц биомолекул; - изучение влияния взаимодействий поверхностных групп наночастиц/корон нанокомплексов с окружающими биомолекулами на свойства наночастиц-носителей (в первую очередь, на фотолюминесценцию). 2. Разработка метода контроля выведения наночастиц из организма по спектрам их фотолюминесценции. Успешное решение указанных задач Проекта обеспечит научную основу для разработки тераностических наноагентов с высокой эффективностью и безопасностью для живых организмов. Речь идет о многофункциональных наноагентах, одновременно выполняющих функции фотолюминесцентного маркера и носителя лекарственных препаратов. Именно такие тераностические наночастицы/нанокомплексы способны ускорить переход к персонализированной медицине, которая заключается в персонализации и оптимизации профилактических мероприятий и лечения пациентов для исключения негативных последствий и осложнений, проявляющихся из-за индивидуальных особенностей. Создание наночастиц, обладающих стабильной фотолюминесценцией, которая не тушится в результате взаимодействия окружающих биомолекул с поверхностью наночастиц, а также одновременно надежно удерживающих на своей поверхности лекарственные препараты и осуществляющих их адресную доставку, препятствуя попаданию препарата в здоровые ткани, открывает широкие перспективы для эффективного лечения многих заболеваний, в первую очередь, онкологических. При этом решается проблема строгого дозирования лекарственных препаратов и их распределения для исключения негативных побочных эффектов в биоткани. Кроме того, сама концепция применения тераностических наноагентов подразумевает возможность контроля распределения лекарств в организме, движения наночастиц и их выведения. Поэтому одной из основных задач настоящего Проекта является развитие чувствительного метода оптической визуализации тераностических наноагентов в биологических тканях и мониторинга выведения наночастиц из организма. Успешное решение этой задачи также обеспечит высокую степень безопасности предлагаемых медицинских наноагентов для живых организмов. Таким образом, тематика Проекта полностью соответствует указанному направлению из Стратегии НТР РФ.

1) Разработка научных основ создания люминесцентных биомаркеров на основе комплексов редкоземельных элементов для биомедицины

Грант (участник)

https://istina.msu.ru/projects/94668626/ Исследование направлено на разработку фундаментальных основ для создания люминесцентных биомаркеров на основе новых комплексов редкоземельных элементов (КРЗЭ) для применения в биомедицине. Это подразумевает изучение природы люминесценции комплексов, исследование молекулярных взаимодействий и механизмов взаимного влияния наносистем и окружающей среды на свойства друг друга, а также разработку методов управления люминесцентными и сорбционными свойствами КРЗЭ в суспензиях и биосистемах для решения задач диагностики и терапии в медицине, а также для создания сверхчувствительных методик изучения процессов на молекулярном уровне.

Определение pH и температуры жидких сред с помощью наносенсоров на основе углеродных точек

Публикация в сборнике тезисов или трудов после конференции

https://istina.msu.ru/publications/article/369442851/ https://lomonosov-msu.ru/archive/Lomonosov_2021/data/section_34_23020.htm

Наносенсоры на основе углеродных точек для определения pH и температуры жидких сред

Публикация в сборнике тезисов или трудов после конференции

https://istina.msu.ru/publications/article/321974123/ https://lomonosov-msu.ru/archive/Lomonosov_2020/data/section_34_19489.htm

Fluorescent Nanosensor for pH and Temperature Measurements Based on Carbon Dots

Публикация в сборнике тезисов или трудов после конференции

https://sfmconference.org/sfm/20/workshops/nanobiophotonics-xvi/preliminary/146/ The rapid technological progress and the continuous deepening of knowledge in the natural Sciences make methods for the diagnosis and treatment of various diseases at the molecular level more and more relevant. The implementation of such methods requires tools that allow monitoring the parameters that determine the state of the body at the cellular level. For example, the pH value plays a vital role in many cellular processes, and even small changes in its values (about 0.1 units) seriously affect the state of the whole organism. Temperature is another important parameter that characterizes the state of the cell. Temperature monitoring at the cellular level is important, for example, in photothermal therapy, also the increase of temperature may indicate inflammatory processes in the body. Despite the active development of cellular nanosensorics, the problem of creating a sensor that is able to determine several parameters of the cellular environment simultaneously remains very urgent. Due to such properties as non-toxicity, biocompatibility, and sensitivity of photoluminescence (PL) to changes in the environment, recently synthesized carbon dots (CDs) have great potential for use in biomedicine as multimodal cellular sensor. This study considers the possibility of simultaneous determination of the pH and temperature of a liquid medium from the PL spectra of CDs synthesized using the hydrothermal method from citric acid and ammonia aqueous solutions. The dependence of the PL of aqueous suspensions of CDs on pH was studied in the range of its variation from 5 to 9.21 with a change in temperature from 22 to 81°C. A high sensitivity of the CDs PL to changes in the specified environmental parameters was found: the PL intensity of CDs decreases monotonically with an increase in pH and temperature. In this study, artificial neural networks are used to solve the two-parameter inverse problem of determining pH and temperature from the PL spectra of carbon dots. The application of the perceptron to the obtained database of the PL spectra of CDs in water provided the simultaneous determination of the temperature and pH of the environment with an accuracy of 0.67°C and 0.005, respectively. The results provide broad prospects for the development of an efficient optical multimodal cellular nanosensor based on CDs.

Cellular temperature and pH sensor based on carbon dots

Статья в журнале, выпущенном после конференции (Journal of Physics: Conference Series, EPJ Web of Conferences и др.)

https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/11554/1155403/Cellular-temperature-and-pH-sensor-based-on-carbon-dots/10.1117/12.2573509.short?SSO=1 This study is devoted to a new approach to solve the problem of pH (in range of pH from 5 to 8) and temperature (in range of 30-45°C) measurements at nanoscale level, by using carbon dots (CDs), prepared from citric acid. These 10 nm sized nanoparticles with luminescence quantum yield ~10% have broad unstructured luminescence spectrum in the range from 420 to 750 nm, which is sensitive to the change of the environmental parameters. Different influence of pH and temperature values on luminescence spectra of CDs in aqueous suspensions was observed. The CD-based nanosensor was developed for simultaneous determination of pH and temperature using artificial neural networks

Influence of inorganic ions on photoluminescence of carbon dots in aqueous suspensions

Статья в журнале, выпущенном после конференции (Journal of Physics: Conference Series, EPJ Web of Conferences и др.)

https://doi.org/10.1117/12.2573512 This study is devoted to the study of the effect of different cations (Na+, Cs+, NH4+) and anions (F-, Cl-) on photoluminescent properties of carbon dots, synthesized from citric acid and ammonia solution. The obtained results are explained using thetheory of ions hydration.

XXVII Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2020» (Лучший доклад конференции "Ломоносов 2020")

Получение студентом награды (приза) за результаты научно-исследовательской работы

Лучший доклад на конференции "Ломоносов 2020"

https://istina.msu.ru/profile/khmelevamaria/

Регистрация в системе «Истина»