1. Синтез и идентификация новых веществ и материалов биомедицинского назначения:
1.1 Синтез и функционализация углеродных наноструктур (фуллерены, графены, нанотрубки, наноалмазы); синтез наноформ противоопухолевых препаратов (липосомы, альбумин и аэросил) и их конъюгатов с векторами для адресной доставки (фолиевая кислота, аптамеры); создание новых композитов, обладающих гемостатическим действием.
1.2 Выделение и идентификация биологически активных веществ из природных объектов (лишайники), обладающих антибактериальной и противоопухолевой активностью.
1.3 Характеризация полученных веществ и материалов с использованием современных физико-химических методов: ЯМР, ИК, УФ-спектроскопия, масс-спектрометрия, хроматография, термогравиметрия, элементный анализ, микроскопия (СЭМ, ПЭМ, АСМ), РФЭС, Рамановская спектроскопия, рентгенофазовый анализ.
2.Комплексное физико-химическое изучение биологически активных веществ и материалов биомедицинского назначения
2.1 Изучение термодинамических свойств и материалов в широком интервале температур, расчёт термодинамических функций.
2.2 Изучение свойств растворов биологически активных веществ (плотность, вязкость, показатель преломления, скорость звука, электропроводность, растворимость, коэффициенты активности, размер частиц, электрокинетический потенциал).
3. Компьютерное моделирование систем, содержащих биологически активные вещества и материалы биомедицинского назначения (совместно с кафедрой химии твёрдого тела Института химии СПбГУ):
3.1 Квантово-химические расчёты из первых принципов электронной структуры, зарядовых состояний, равновесной геометрии, ЯМР, ИК и Рамановских спектров, термодинамических функций. Отсутствие эмпирических параметров при расчётах такого рода позволяет с высокой точностью прогнозировать свойства, обусловленные электронной структурой.
3.2 Расчёты динамических и структурных характеристик методом молекулярной динамики на основе ab initio и классического подходов. Определение коэффициентов диффузии молекул, наночастиц, конъюгатов для возможного прогнозирования адресной трансмембранной доставки препаратов в клетку с помощью среднеквадратичных смещений подвижных частиц. Установление оптимальных центров связывания препарата и носителя. Прогнозирование механизмов взаимодействия новых материалов с биологическими жидкостями на основе анализа радиальных функций распределения. Предсказание с помощью ab initio молекулярной динамики адекватной картины физико-химической реакции, связанной с переносом или перераспределением заряда в биологических системах.
3.3 Создание комплексных моделей прогнозируемых систем и материалов с применением элементов работы с большими массивами данных — нейронными сетями и машинным обучением. Так как современные вычислительные мощности позволяют генерировать данные в очень больших масштабах, то для анализа результатов расчётов используются современные алгоритмы работы с большими данными для принятия решений на основе современных схем машинного обучения. При этом значительно повышается эффективность выявления оптимальных механизмов реакций и возможность достоверного прогноза физико-химических свойств новых материалов биологически активных веществ и материалов биомедицинского назначения.
4. Комплексное доклиническое изучение in vitro полученных веществ и материалов:
4.1 Cпектрофотометрическое исследование антиоксидантной ёмкости на основе изучения кинетики взаимодействия со стабильным радикалом N,N-дифенил-N’-пикрилгидразилом.
4.2 Изучение фотодинамических свойств новых веществ и материалов, включающее определение квантового выхода выцветания при действии лазерного излучения и измерение фотоиндуцированного лизиса клеток на моделях эритроцитов и различных опухолевых клетках.
4.3 Спектрофлуориметрическое определение термодинамических параметров и сайтов связывания синтезированных веществ с основным транспортным белком крови — сывороточным альбумином, а также с молекулой ДНК.
4.4 Исследование гемосовместимости новых веществ и материалов для оценки системного эффекта на организм включает оценку различных видов гемолиза эритроцитов (спонтанный, фотоиндуцированный, аммонийный), измерение протромбинового времени, тромбинового времени, активированного частичного тромбопластинового времени, содержания тромбопластина, агрегации тромбоцитов.
4.5 Исследование эффектов новых веществ и материалов с использованием широкого спектра клеточных линий человека (25 линий нормальных и опухолевых клеток).
4.6 Изучение противоопухолевой активности новых веществ и материалов по выживаемости клеток с помощью МТТ-теста и анализа пролиферации клеток с использованием бромдезоксиуридина, а также изучение апоптоза, некроза и фаз клеточного цикла.
4.7 Использование молекулярно-биологических методов для изучения уровня экспрессии мРНК (BAX, PUMA, NOXA, PI3K/Akt1, AKT1, BIK, GPX4, TSPAN1, SLC37A2) и белков (c-Myc, HSP70, pSer473 Akt (pAkt), total Akt, pTyr705) при действии новых веществ и материалов на клетки человека.
4.8 Измерение генотоксичности новых веществ и материалов методом ДНК-комет.
