ИСТИНА

В проекте проведена отработка условий и методов получения магнитных нанобиочастиц с контролируемыми размерами, формой и температурой магнитного упорядочения с использованием различных приемов химической гомогенизации, а также определение их физико-химических свойств, магнитных характеристик и возможных применений. В качестве основных методик использовали соосаждение, гидротермально-ультразвуковую обработку, пиролиз ультразвуковых аэрозолей, синтез в микроэмульсиях и в высококипящих неводных растворителях. В методе соосаждения были получены частицы Fe3O4 размером 15-40 нм, содержащие цинк, гадолиний, марганец и другие элементы в качестве легирующих добавок, модифицирующих температуру Кюри (вплоть до 70С), намагниченность насыщения и скорость нагрева переменным магнитным полем. При гидротермальном синтезе получены изометрические наночастицы марганец-цинковой шпинели со средним размером около 15-20 нм. Пиролиз аэрозолей позволил получить литиевую феррошпинель с размером областей когерентного рассеяния 30-50 нм. При этом процесс проводился в непрерывном (потоковом) режиме и формирование однофазных образцов происходит за времена порядка 5-10 секунд. Реализован оригинальный прием инкапсулирования наночастиц в водорастворимой солевой матрице (NaCl, KCl). Этот прием позволяет контролировать размер частиц, избежать проблемы их агрегации после длительного хранения, а также повысить биорезорбируемость полученного продукта. Показано, что композит γ-Fe2O3–NaCl содержит магнитные наночастицы размером до 10-20 нм, которые могут храниться в неагрегированном состоянии и образовывать стабильные магнитные жидкости (суспензии), устойчивые в концентрированном состоянии в течение нескольких часов (до 50 часов в разбавленном состоянии). При контролируемом окислении карбонила железа в неводном растворителе получены сферические наночастицы с защитной оболочкой из олеиновой кислоты. Показано, что наличие поверхностного слоя олеиновой кислоты способствует более легкой химической модификации наночастиц, в частности, сопряжению наночастиц с молекулами ДНК. Исследовались также магнитные характеристики наночастиц на основе магнетита в виде магнитной жидкости, в полимерной и кварцевой матрице. Синтез в микроэмульсиях позволил получить мезопористые наночастицы магнитной гамма - модификации оксида железа (III) для гипертермии и транспорта лекарств, что было подтверждено с помощью рентгенофазового анализа и мессбауэровской спектроскопии, при этом площадь поверхности образца составляла около 50 м2/г, а средний диаметр пор – 6 нм. Определены условия получения метастабильной магнитной фазы γ-Fe2O3 в рамках каждого из использованных методов синтеза. Установлено, что формирование γ-модификации определяется в основном режимом термической обработки (скоростью нагрева и продолжительностью изотермической выдержки) и происходит в температурном диапазоне 400-650ºС. Проведена химическая модификация поверхности наночастиц, определены характерные размеры наночастиц после покрытия декстраном, установлены критерии достижения стабильности при хранении и проведена предварительная стандартизация разработанных препаратов. Исследовалось влияние окружения наночастиц (в матрице и после химического модифицирования), а также условий синтеза на температуру блокировки. С помощью SQUID магнетометра и ЭПР спектрометра исследовались магнитные свойства наночастиц манганитов со структурой первоскита. Исследования наночастиц манганита La0.8Sr0.2MnO3 подтвердили перспективность препарата для гипертермии. Получены комплексные данные об эффективности гипертермии in vitro на трех экспериментальных моделях культур опухолевых клеток. На основе скрининга магнитовосприимчивых противоопухолевых соединений, алкерана и циклофосфамида в электромагнитном поле определили повышение их противоопухолевой активности на мышах BDF1 c привитыми опухолями лимфоцитарного лейкоза Р388, карциномы Эрлиха и карциномы лёгких Льюис. Полученные результаты использовали при разработке способа магнитогидродинамической термохимиотерапии опухолей в эксперименте. Созданы предпосылки к разработке диагностических магнитоконтрастных нанопрепаратов на основе декстранферрита для ЯМР–томографии. Проведены исследования по связыванию наночастиц Fe3O4 c ДНК и исследованию полученных наноматериалов методами ЭПР и SQUID магнитометрии. Проект продемонстрировал эффективность использованных синтетических и аналитических подходов. In the project, an analysis of preparation conditions and methods of magnetic nanobioparticles with controlled sizes, shapes and magnetic transition temperatures was performed in terms of different chemical homogenization routes, determibation of physical-chemical properties, magnetic parameters and possible applications. As basic techniques co-precipitation, hydrothermal ultrasonication, aerosol spray pyrolisis, microemulsion synthesis and organic solvents with a high boiling point were used. In the co-precipitation method, Fe3O4 particles of 15-40 nm doped with zinc, gadolinium, manganeese and other elements were prepared to change Tc (down to 70C), saturation of magnetization and the rate of heating by alternating magnetic fields. In the hydrothermal treatment, isometric nanoparticles of Mn-Zn spinel of 15-20 nm were obtained. ASP allowed to prepare Li-spinel with mosaic structure sizes of 30-50 nm. This process was carried out in a continuous, stream-line, mode while single-phase sample formation was observed for 5-10 s only. An original approach of nanoparticle incapsulation in a water – soluble matrix (NaCl, KCl) was realized. This allows to control the size of the particles, to avoid aggregation problems during storage as well as to increase bioresorption ability. It is demonstrated that the γ-Fe2O3–NaCl composite contains magnetic nanoparticles of 10-20 nm which can be stored in an non-aggregated state and form then magnetic fluids being stable up to 50 hrs. Under conditions of controlled oxidation of Fe(CO)5 in aproton solvents, spherical nanoparticles of iron oxide (III) with a protective layer from oleic acid were prepared. It is shown that the presence of superficial layer favours easier chemical modification of the nanoparticles, particularly, helps to conjugate them with DNA molecules. Magnretic parameters of nanoparticles in the form of fliids or composites were also investigated. The synthesis in microemulsions allowed to obtain nanoparticles with 50 m2/g surface area and 6 nm mesopores for hypertermia and drug delivery applications as confirmed by XRD and Moessbauer spectroscopy. For all the mentioned preparation techniques, metastable γ-Fe2O3 phase preparation conditions were determined. It is established that the formation of this phase is determined mainly by the thermal treatment regime (heating rate and isothermal ramp duration), namely, in the temperature range of 400-650ºC. Chemical superficial modification of of nanoparticles was performed, characteristic sizes of the nanoparticles after dextran coverage as well as criteria of stability under storage were determined. Preliminary standartization of the substances was done. The influence of surrounding matrix on the nanoparticles and the preparation conditions on blocking temperatures were found. Magnetic properties of nanosized manganites were analyzed by means of SQUID and EPR which conformed good perspectives of La0.8Sr0.2MnO3 nanoparticles for hypertermia. New complex data on hypertermia effectiveness in vitro were obtained using cancer cell cultures. Screening of magnetoactive anticancer compounds was performed. The results obtained were used for the development of magnetodynamic thermotherapy in further experiments. Prototypes of magnetocontast diagnostic samples were developed for NMR tomography. The project has shown the effectiveness of the approaches used.