Физическая химия

1. «Целевая доставка инкапсулированных лекарственных соединений».

В основе проекта лежит дизайн, синтез и применение нано- (субмикронных) частиц для целевой доставки терапевтического карго. Реализация прорывных концепций целевой доставки лекарств, разработанных в нашей группе, требует создания новых частиц-носителей с высокой загрузочной ёмкостью и беспрецедентно быстрой деградацией в организме. Биологические нанороботы на основе этих частиц будут находить биологические мишени и связываться с ними, реализуя диагностику и терапию нового поколения. Подробнее о проекте

Научный руководитель – доктор физико-математических наук, руководитель группы «Коллоидные системы в медицине» Научного центра трансляционной медицины Андрей Васильевич Звягин.

2. «Структурообразование в биосовместимых нетканых материалах на основе полилактидов»

В современной медицине металлические изделия всё чаще заменяются различными биоразлагаемыми материалами, среди которых наибольшую эффективность демонстрируют полиэфиры на основе молочной и гликолевой кислот. Такие полимеры, которые иногда объединяют под общим названием полилактиды (ПЛ), получают сополимеризацией L-дилактида, DL-дилактида и дигликолида. ПЛ – нетоксичные, биосовместимые и биоразлагаемые полимеры, их физико-химические свойства и склонность к биоразложению зависят от состава полимера, его кристалличности и молекулярной массы. 

В рамках данных исследований предлагается создать новые биосовместимые материалы на основе полилактида с использованием технологии электроспиннинга. Данная методика позволяет получать наноструктурированные изделия, сформированные из волокон толщиной менее 1 мкм. Введение в структуру полимера различных биологически активных веществ, таких как факторы роста, противомикробные пептиды, коллаген и другие, позволяет получать матриксы и перевязочные материалы с контролируемой скоростью высвобождения субстанций в окружающие ткани, что заметно снижает травматичность. Кроме того, нетканые материалы на основе ПЛ могут использоваться для создания мягких электродов для устройств носимой электроники. 

Предполагается активное участие аспиранта в изготовлении как материала, так и прототипов медицинских изделий, а также исследование их физико-химических и биологических свойств.

Научный руководитель – доктор химических наук, руководитель направления «Биоматериалы» Научно-технологического университета «Сириус», Дмитрий Анатольевич Иванов.

3. «Уникальные биомиметические материалы на основе эластомеров со щёточным блоком»

Инъекционные гидрогели обладают перспективой использования во многих биомедицинских приложениях из-за их минимально инвазивного внедрения в организм и потенциальной способности доставлять лекарства. Однако современные инъекционные препараты страдают от механического несоответствия тканям, хрупкости, плохой смачиваемости и высокой вязкости. Для решения этой проблемы разрабатываются и синтезируются макромолекулы в виде бутылочных щёток, которые одновременно обеспечивают мягкость, прочность, текучесть и набухаемость. Синтезированные сополимеры типа линейный блок – щётка – линейный блок (LBL) способствуют улучшенному введению, поскольку компактная форма блоков щёток приводит к низкой вязкости раствора, в то время как термочувствительные линейные блоки обеспечивают быстрое гелеобразование при 37 °C. Полученные гидрогели имитируют деформационную реакцию сверхмягких тканей, таких как жировая ткань и мозг, выдерживая при этом деформации в 700% и предотвращая вытеснение воды при гелеобразовании.

Обычные синтетические гидрогели демонстрируют значительное механическое несоответствие окружающим тканям, что считается одной из основных причин воспаления в реконструктивной хирургии, а также неадекватной клеточной реакции в тканевой инженерии. Все мягкие ткани демонстрируют характерные J-образные кривые напряжения-деформации, где первоначально мягкий отклик (~1–10 кПа) сопровождается интенсивным деформационным упрочнением, также известным как твёрдость, в результате чего модуль увеличивается на 2–3 порядка. Напротив, в то время как различные полимерные системы хорошо подходят для создания мягких гидрогелей, сочетание этого свойства с ткане-миметической твёрдостью остаётся сложной задачей для синтетических систем. Комбинация линейных блоков и щёточных блоков имеет решающее значение для обеспечения множества жизненно важных улучшений инъекционных гидрогелей. Уникальная возможность таких систем в части повторения заданных механических свойств позволяет использовать подобные системы для производства имплантатов, не вызывающих воспаление.

В рамках диссертационной работы будут проводиться исследования структуры, теплофизических и механических свойств новых щёточных эластомеров. В частности, используя комбинацию физико-химических методов (оптическая микроскопия, ДМА, ДСК, АСМ, ПЭМ, рентгеноструктурный анализ), будет установлена взаимосвязь между строением кристаллической фазы и механическими свойствами. На основании экспериментальных данных будут разработаны морфологические модели материала для оптимизации его свойств.

Научный руководитель – доктор химических наук, руководитель направления «Биоматериалы» Научно-технологического университета «Сириус», Дмитрий Анатольевич Иванов.