Диссертация (1103804)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиКИМ ВИТАЛИЙ ПАВЛОВИЧМОНОСЛОИ И МЕМБРАННЫЕ ВЕЗИКУЛЫ НА ОСНОВЕКОМПЛЕКСОВ АМФИФИЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ, ПОЛИМЕРОВ ИНАНОЧАСТИЦСпециальность 03.01.02 – биофизика, 03.01.08 – биоинженерияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата физико-математических наукНаучный руководитель:д.ф.-м.н., доцент Хомутов Геннадий БорисовичНаучный консультант:академик, д.ф.-м.н., профессор Гуляев Юрий ВасильевичМосква – 2016 г.СОДЕРЖАНИЕВведение………………………………………………………………….………..4Цель и задачи работы……………………………………………………………10Глава 1.Обзор литературы……………………………………..……………121.1 Амфифильные молекулы и структуры на их основе………………….121.2 Ленгмюровские монослои………………………………………………161.3 Липосомы и их функционализация…………………………………….201.4.
Методы капсулирования веществ………………………….…………..251.5 Физические и химические методы модификации структуры и доставкисредств капсулирования веществ………………………………………331.5.1 Воздействие оптическим излучением……………..……………..341.5.2 Электромагнитные воздействия ………………..………………..381.5.3 Ультразвуковое воздействие………………………..…………….401.5.4 Воздействие электрическим полем……………...………………..421.5.5 Воздействие магнитным полем………………….………………..451.5.6 Влияние величины рН среды………………………………..........461.5.7 Адресная доставка с использованием векторных соединений....49Глава 2.Ленгмюровские монослои липидоподобного рН чувствительногоамфифильного вещества – транс-4,5-ди(додецилоксикарбонил)-транс-2морфолиноциклогексанол (ТДТМ)…………………………….……………….532.1 Материалы…………………………………………………..……………532.2 Получение и исследование ленгмюровских монослоев ТДТМ………542.3 Основные результаты главы 2…………………………………………..55Глава 3.Ленгмюровские монослои и нанокомпозитные пленки на основекомплексов стеароилспермина, наночастиц магнетита и молекул ДНК…….593.1 Материалы………………………………………………………….…….603.2 Получение и исследование комплексов на основе ленгмюровскихмонослоев стеароилспермина, наночастиц магнетита и молекулнативной ДНК……………………………………………………………6423.3 Основные результаты главы 3…………………………………………..66Глава 4.Нанокомпозитные мембранные везикулы на основе комплексовстеароилспермина, фосфатидилхолина, наночастиц золота и магнетита,молекул полиэлектролитов………………………………………...……………714.1 Материалы………………………………………………………………..714.2 Синтез и исследование нанокомпозитных мембранных везикул наоснове комплексов фосфатидилхолина, стеароилспермина,наночастиц золота, золотых наностержней, наночастиц магнетита,молекул полиэлектролитов…………………………………..…………744.3 Исследование капсулирования синтезированными нанокомпозитнымимембранными везикулами модельного низкомолекулярного вещества(соли NaCl)………..………………………………………………...……804.4 Основные результаты главы 4…………………………………………..82Глава 5.Влияние импульсов электрического поля на нанокомпозитныемембранные везикулы……………………………………………...……………835.1 Описание эксперимента…………………………………………………835.2 Результаты эксперимента…………………………………...…………..855.3 Механизмы влияния импульсного электрического поля нананокомпозитные мембранные везикулы………………...……………875.4 Основные результаты главы 5……………………………………….….92Результаты и выводы………………………………………………...………….94Заключение……………………………………………………………………….95Список работ автора, опубликованных по теме диссертации………………..96Список литературы…………………………………………………...………….99Благодарности…………………………………………………….…………….1133ВВЕДЕНИЕРабота посвящена созданию и исследованию новых биомиметическихи биосовместимых функциональных наноматериалов на основе биогенныхлипидов, рН-чувствительного амфифильного соединения, амфифильногополиаминастеароилсперминаполиэлектролитамиииихнанокомпозитныхнеорганическимикомплексовнаночастицами,свключаяленгмюровские монослои, пленки и липосомы.
Также изучена возможностьиспользования синтезированных нанокомпозитных мембранных везикул длякапсулирования веществ и их высвобождения с помощью внешнихфизических воздействий.Наноструктуры и наноматериалы на основе амфифильных соединений,полиэлектролитов, неорганических наночастиц и биомолекул представляютбольшой интерес для выяснения механизмов фундаментальных структурнофункциональных взаимосвязей на нано-уровне в биологических и модельныхсистемах. Также, в настоящее время активно развиваются фундаментальныеи прикладные исследования, посвященные созданию и использованиюфункциональных неорганических наночастиц, наноструктур и наносистем наихоснове(металлических,магнитных,полупроводниковых)длябиомедицинских и других нанотехнологических применений, включаяадресную доставку лекарств [1 – 7].Амфифильные вещества широко распространены в живой природе.Биогенные амфифильные молекулы, в частности, липиды входят в составмембран клеток, органелл и микровезикул, определяя тем самым иххарактерныесвойства:проницаемость,межклеточноевзаимодействие,биоактивность мембранных ферментов и т.д.
В зависимости от структуры исостава амфифильные молекулы в водной или гидрофобной среде способныорганизовываться в различные нано- и микроструктуры: сферическиемицеллы, бислои, везикулы, цилиндрические мицеллы и т.д. [8]. В своюочередь, на водной поверхности амфифильные молекулы способны4образовывать мономолекулярные слои за счет гидрофобных и гидрофильныхвзаимодействий с поверхностью водной субфазы. Данные структуры наоснове амфифильных молекул используются для исследовательских задач,например, для моделирования биологических мембран путем созданиябиомиметических структур, для прикладных задач в медицине, в частности вобласти адресной доставки лекарственных веществ внутри организма, и длятехнологических задач, например, для гидрофобизации/гидрофилизацииповерхностей.
В свою очередь, адресная доставка лекарственных веществ, втом числе и молекул ДНК, сегодня является актуальным и перспективнымподходомдлятерапиисамыхразличныхонкологические,нейродегенеративныепреимуществамиданногоподходаитерапиизаболеваний,т.д.включаяОсновными[9].являются:снижениелекарственных дозировок, уменьшение терапевтического воздействия наздоровые клетки, точное воздействие на очаг заболевания и т.д.Создание и исследование новых функциональных супрамолекулярных,полимерных, нанокомпозитных и биомолекулярных наносистем на основекомплексоваминосодержащихсоединенийявляетсяактуальнымнаправлением нанотехнологий и ряда смежных областей фундаментальнойнауки ввиду способности полиаминов формировать стабильные комплексы сразличными нано- и микрообъектами, включая неорганические наночастицыблагородных металлов [10], наночастицы оксидов переходных металлов, вчастности, магнитных оксидов железа [11], молекулы полианионов, включаяДНК [12, 13], клеточные органеллы [14].
Исследование процессовструктурообразования, в которых участвуют молекулы нуклеиновых кислот,представляется важным в связи с тем, что эти молекулы помимобиологической функции хранения и передачи наследственной информацииобладаютуникальнойструктурой,характеризуютсямеханическойпрочностью и физико-химической стабильностью, и поэтому являютсяперспективным материалом для создания на их основе структурных ифункциональных элементов новых устройств и наноматериалов для5нанобиотехнологии.Исследованиепроцессовсамоорганизациииобразования супрамолекулярных структур на основе комплексов молекулДНК с амфифильными аминосодержащими молекулами и неорганическиминаночастицамиможетспособствоватьразработкеновыхневирусныххимических переносчиков для эффективного направленного транспортануклеиновых кислот через биологические мембраны, которые могут найтиприменение в генной инженерии и терапии [15].Исследование процессов взаимодействия и структурообразования вбиомиметических системах, включающих границу раздела фаз мембранаводный раствор, наночастицы магнетита и полимеры (в частности, молекулыДНК), представляется интересным и важным для понимания механизмовпроцессов с участием биогенных наночастиц магнетита в живых системах, атакжедляразработкиметодовдизайнаисамомсборкиновыхфункциональных наносистем типа нанокомпозитных пленок и магнитныхвезикул и капсул для адресной и управляемой доставки лекарственныхсредств.Возможность осуществления контролируемой адресной доставкилекарственных средств занимает существенное место среди современныхисследований в области нанотехнологий.
Одним из перспективных подходовк решению этой задачи является создание систем для капсулирования,адресной доставки и контролируемого высвобождения лекарств в заданномместе организма [16-19]. Проблема эффективного и при этом безопасного дляокружающих биологических структур высвобождения капсулированноговещества из контейнера является наиболее сложной и актуальной. Еерешению посвящены работы по изменению проницаемости оболочекконтейнеров при помощи лазерного излучения, микроволновых полей,переменного магнитного поля, изменению химического состава окружающейсреды и т.д. [20–31].Такимобразом,разработкаиисследованиеновыхвидовамфифильных молекул, а также функциональных композитных структур на6ихосновеявляютсяактуальнымииперспективнымнаправлениембиофизических и биоинженерных исследований.В данной работе получены и исследованы ленгмюровские монослоина основе рН-чувствительного липидоподобного соединения транс-4,5ди(додецилоксикарбонил)-транс-2-морфолиноциклогексанола(ТДТМ),синтезированы и исследованы амфифильный полиамин стеароилспермин иновые нанокомпозитные структуры на его основе: ленгмюровские монослои,пленки Ленгмюра-Блоджетт и нанокомпозитные мембранные везикулы –липосомы,функицонализированныемолекуламиполиэлектролитовинеорганическими магнитными и электропроводящими наночастицами, атакже проведены эксперименты по капсулированию и бесконтактномунетермическому вскрытию синтезированных нанокомпозитных мембранныхвезикул импульсами электрического поля.
Результаты работы в перспективемогут быть использованы для создания новых эффективных средствкапсулирования и адресной управляемой доставки лекарственных веществ.Научная новизна исследованийВпервыеполученыиисследованыновыебиомиметическиенаноструктуры на основе рН чувствительного амфифильного соединения,алифатического полиамина – стеароилспермина: нанокмпозитные монослоии пленки Ленгмюра-Блоджетт, а также липосомы и нанокомпозитныемембранные везикулы.
Впервые установлено и исследовано связываниенаночастиц магнетита, золота и полианионов с такими структурами. Впервыеэкспериментнальноэлектрическогофункциональныеустановленополявлияниевысокойхарактеристикинаносекундныхнапряженностисинтезированныхнаимпульсовструктурно-нанокомпозитныхмембранных везикул.Научная и практическая значимость7Получены и исследованы новые нанокомпозитные везикулы инанопленочные биомиметические структуры на основе рН-чувствительноголипидоподобного соединения, амфифильного полиамина стеароилспермина,фосфолипидафосфатидилхолина,полианионов,включаяимпульсовДНК.электрическогохарактеристикиИсследованополяполученныхнаночастицназолотавлияниеимагнетита,наносекундныхструктурно-функциональныенанокомпозитныхмембранныхвезикул.Результаты работы в перспективе могут быть использованы для созданияновыхэффективныхлекарственныхсредстввеществ,капсулированияуправляемыхиадреснойвнешнимидоставкифизическимивоздействиями.Положения, выносимые на защиту1.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
