ИСТИНА

Целью проекта является разработка инструментальной платформы и химико-аналитической методологии для совокупной оценки параметров качества водных дисперсий оксида графена. Это потребует получения и исследования стабильных водных дисперсий углеродных наноматериалов на основе оксида графена, обладающих про- и антиоксидантными свойствами и низкой цитотоксичностью, как потенциальных нанофармпрепаратов.

The aim of the project is to develop an instrumental platform and a chemical-analytical methodology for the comprehensive evaluation of the quality parameters of graphene oxide aqueous dispersions. This will require the obtaining and investigation of stable aqueous dispersions of carbon nanomaterials based on graphene oxide, possessing both pro- and antioxidant properties, and potentially low cytotoxicity, as potential nano-pharmaceuticals. The relevance and scientific significance of the problem being addressed are due to the necessity of developing new nano-pharmaceuticals that possess several important properties distinguishing them from traditional medicinal agents: multifunctionality, the ability for targeted delivery in the body, and the capacity for in vivo monitoring. Graphene oxide (GO) is one of the water-soluble carbon compounds, typically obtained through the chemical exfoliation of graphite. The solubility of GO is primarily determined by the structural features of the resulting oxidation product and its oxygen-containing functional groups. Reproducible methodologies for obtaining GO and its aqueous dispersions have been developed by now, but there are no recommendations aimed at assessing the quality of the resulting products at different synthesis stages. To address the challenges of biomedical applications as potential pharmaceuticals with targeted antioxidant activity, it is necessary to obtain carbon-based nanomaterials (high-purity aqueous dispersions of graphene oxide) with either pro- or antioxidant enzymatic activity, low toxicity, and variability of physicochemical properties. As a result of the project, new materials will be obtained, new complex analytical methods will be developed, and knowledge about the pro- and antioxidant activity of potential nano-pharmaceuticals in significant molecular models (active oxygen and nitrogen forms) will be acquired. The proposed approaches can be extended to any classes of studied nanomaterials. The data obtained in the project will be valuable for planning further research on carbon dispersion forms for medical applications. The application of machine learning methods for sample selection based on properties and targeted (vectorial) study of samples based on a large amount of information for graphene oxide will be applied for the first time.

В результате выполнения проекта будут разработаны инструментальная платформа и методология для совокупной оценки химико-аналитических параметров водных дисперсий оксида графена и исследования их физико-химических свойств, получены новые знания о про- и антиоксидантной активности водных дисперсий оксида графена (нескольких видов) в молекулярных и клеточных моделях, а именно: 1) методики и подходы к синтезу (выделению и очистке) водных дисперсий углеродных наноматериалов: применение стабилизаторов, антикоагуляционных добавок, ультразвуковых зондов — в непрерывном и модуляционном режиме и т. д. 2) условия динамической диализной очистки, а также параметры коллоидной стабильности и степени чистоты, получаемых водных дисперсий оксида графена. 3) алгоритмы машинного обучения для оценки кластерной структуры выборки водных дисперсий оксидов графена с использованием данных молекулярной спектроскопии и других методов. Это позволит выделить из общей совокупности образцов оксида графена, группы образцов с уникальными и принципиально разными свойствами за счет подходов: (1) генерации фичей и их отбора (feature selection), (2) кластеризации на признаках, извлеченных из спектральной информации, (2) кластеризация спектров как временных рядов, (4) построение нейронной сети и кластеризация на эмбедингах. На основе этих знаний будут отобраны образцы для выполнения п.4-5. 4) характеристики про- и антиоксидантной емкости в единицах стандартных про- и антиоксидантов, а также ферментов (нанозимная активность) в молекулярных свободнорадикальных системах и клеточных моделях — супероксид-анион, пероксид водорода, монооксид азота, органические радикалы, липидные радикалы, как с использованием традиционных подходов, так и с применением внешней потенциостатической генерации активных форм кислорода. 5) кинетические схемы и эффективные константы скоростей химических реакций для водных дисперсий оксида графена в молекулярных свободнорадикальных и клеточных системах;

Результаты, полученные в проекте, могут служить основой для изучения до сих пор надежно не разработанных нанофармпрепаратов для борьбы с окислительным стрессом или создания стандартного образца водных растворов, обладающих заданными свойствами. При разработке стандартных образцов и методик анализа водных дисперсий и для применения оксида гарфена в биомедицинских исследованиях, таких как создание противовирусных или антиоксидантных препаратов — необходимо создание комплексных подходов, которые будут сформированы по результатам работы над Проектом. Полученные в проекте результаты позволят использовать их также для широкого класса углеродных наноматериалов, таких, как наноалмазы, углеродные квантовые точки и др.