Первый Санкт-Петербургский
государственный медицинский
университет им. акад. И.П. Павлова

Публикации кафедры 2023-2024 г.

1. V. V. Sharoyko, G. M. Berdichevsky, L. V. Vasina, O. S. Shemchuk, D. N. Maystrenko, O. E. Molchanov, A. O.E. Abdelhalim, A. V. Nashchekin, D. A. Nerukh, G. V. Tochilnikov, I. V. Murin, K. N. Semenov. Covalent conjugates based on nanodiamonds with doxorubicin and a cytostatic drug from the group of 1,3,5-triazines: Synthesis, biocompatibility and biological activity // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects. 2023. V. 1867. 130384 (Q1, IF 3).

2.O. N. Kukaliia, S. V. Ageev, A. V. Petrov, O. V. Kirik, D. E. Korzhevskii, A. A. Meshcheriakov, A. A. Iakovleva, L. S. Poliakova, T. A. Novikova, M. E. Kolpakova, T. D. Vlasov, O. E. Molchanov, D. N. Maistrenko, I. V. Murin, V. V. Sharoyko, K. N. Semenov. C60 adduct with L-arginine as a promising nanomaterial for treating cerebral ischemic stroke // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2023. V.53. 102698 (Q1, IF 5.4).

3. V. T. Lebedev, N. A. Charykov, O. S. Shemchuk, I. V. Murin, D. A. Nerukh, A. V. Petrov, D. N. Maystrenko, O. E. Molchanov, V. V. Sharoyko, K. N. Semenov. Endometallofullerenes and their derivatives: Synthesis, physicochemical properties, and perspective application in biomedicine // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2023. V. 222, 113133 (Q1, IF 5.8).

4. N. P. Bityutskii, K. L. Yakkonen, K. N. Semenov. Zinc deficiency in cucumber plants can be alleviated by fullerenol // Journal of Plant Nutrition. 2023. V. 46(8). P. 1504–1518 (Q2, IF 2.1).

5. G. G. Panova, K. N. Semenov, A. S. Zhuravleva, Yu. V. Khomyakov, E. N. Volkova, G. V. Mirskaya, A. M. Artemyeva, N. R. Iamalova, V. I. Dubovitskaya, O. R. Udalova. Obtaining Vegetable Production Enriched with Minor Micronutrients Using Fullerene Derivatives // Horticulturae. 2023. V. 9(7). P. 828 (Q1, IF 3.4).

a. M. Malkova, A. R. Gubal, A. L. Petrova, E. Voronov, R. N. Apte, K. N. Semenov, V. V. Sharoyko. Pathogenetic role and clinical significance of interleukin-1β in cancer // Immunology. 2023. V. 168(2). P. 203-216 (Q1, 7.215).

6. N. A. Charykov, A. V. Rumyantsev, K. N. Semenov, Zh. Shaymardanov, B. Shaymardanova, N. A. Kulenova, M. A. Sadenova, L. V. Shushkevich, V. A. Keskinov, A. A. Blokhin. Topological Isomorphism of Liquid–Vapor, Fusibility, and Solubility Diagrams: Analogues of Gibbs–Konovalov and Gibbs–Roozeboom Laws for Solubility Diagrams // Processes. 2023, V. 11(5). P. 1405 (Q2, IF 3.352).

7. N. P. Bityutskii, K. L. Yakkonen, Yu. M. Napolskikh, D. Pampur, G. O. Yuriev, K. N. Semenov, D. G. Letenko. Protective role of fullerenol and arginine C60 fullerene against copper toxicity in cucumber // Plant Physiology and Biochemistry. 2023, V. 204, P. 108095 (Q1, 5.437).

8. V. V. Sharoyko, O. S. Shemchuk, A. A. Meshcheriakov, P. A. Andoskin, S. V. Ageev, A. V. Petrov, A. M. Rumyantsev, E. V. Sambuk, I. V. Murin, D. N. Maystrenko, O. E. Molchanov, K. N. Semenov. Synthesis, characterization and biocompatibility of glycine modified graphene oxide // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2023, V. 32(3), P. 288–299 (Q2, IF 2.06).

9. V. V. Sharoyko, O. V. Mikolaichuk, O. S. Shemchuk, A. O. E. Abdelhalim, A. A. Potanin, M. D. Luttsev, D. R. Dadadzhanov, T. A. Vartanyan, A. V. Petrov, A. Yu. Shasherina, I. V. Murin, D. N. Maistrenko, O. E. Molchanov, K. N. Semenov. Novel non-covalent conjugate based on graphene oxide and alkylating agent from 1,3,5-triazine class // Journal of Molecular Liquids. 2023. V. 372. 121203 (Q1, IF 5.3).

10. K. N. Semenov, S. V. Ageev, O. N. Kukaliia, I. V. Murin, A. V. Petrov, G. O. Iurev, P. A. Andoskin, G. G. Panova, O. E. Molchanov, D. N. Maistrenko, V. V. Sharoyko. Application of carbon nanostructures in biomedicine: realities, difficulties, prospects // Nanotoxicology. 2024, V. 18 (2), P. 181-213 (Q1, IF 5.04).

11. O. N. Kukaliia, S. V. Ageev, A. V. Petrov, O. S. Shemchuk, E. V. Sambuk, A. M. Rumyantsev, D. R. Dadadzhanov, M. A. Korzhenevskaya, O. E. Molchanov, D. N. Maistrenko, I. V. Murin, V. V. Sharoyko, K. N. Semenov. Adduct of fullerene C60 with L-Arginine: interaction with DNA, genotoxic and mutagenic properties // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2024, P. 1-12 (Q2, IF 2.3).

12. V. V. Sharoyko, O. N. Kukalia, D. M. Darvish, A. A. Meshcheriakov, G. O. Iurev, P. A. Andoskin, A. V. Penkova, S. V. Ageev, N. V. Petukhova, A. V. Petrov, D. A. Nerukh, A. S. Mazur, D. N. Maystrenko, O. E. Molchanov, I. V. Murin, K. N. Semenov. Protective action of water-soluble fullerene adducts on the example of an adduct with L-arginine // Journal of Molecular Liquids. 2024, V. 401, 124702 (Q1, IF 6.633).

13. N. A. Charykov, A. V. Rumyantsev, V. A. Keskinov, K. N. Semenov, V. P. German, N. A. Kulenova. Solubility diagrams of phase equilibrium in quaternary system Na+, Ni2+//Cl−, SO42−–H2O in the temperature range -5÷90 °C // Journal of Molecular Liquids. 2024, V. 403, 124831 (Q1, IF 6.633).

a. V. Ageev, K. N. Semenov, O. S. Shemchuk, G. O. Iurev, P. A. Andoskin, A. M. Rumiantsev, E. V. Sambuk, P. K. Kozhukhov, D. N. Maistrenko, O. E. Molchanov, I. V. Murin, A. S. Mazur, V. V. Sharoyko. Synthesis, biocompatibility and biological activity of a graphene oxide-folic acid conjugate for cytarabine delivery // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2024, V. 697, 134360 (Q1, IF 5.518).

14. N. P. Bityutskii, K. L. Yakkonen, R. Puzanskiy, A. L. Shavarda, K. N. Semenov. Metabolite responses of cucumber on copper toxicity in presence of fullerene C60 derivatives // Plant Physiology and Biochemistry. 2024, V. 214, 108915 (Q1, 5.437).

15. M. Dmitrenko, O. Mikhailovskaya, R. Dubovenko, A. Kuzminova, D. Myznikov, A. Mazur, K. Semenov, Y. Rusalev, A. Soldatov, S. Ermakov, A. Penkova // Pervaporation Membranes Based on Polyelectrolyte Complex of Sodium Alginate/Polyethyleneimine Modified with Graphene Oxide for Ethanol Dehydration. Polymers. 2024, V. 16, 1206 (Q1, IF 4.967).

a. Kuzminova, M. Dmitrenko, R. Dubovenko, M. Puzikova, A. Mikulan, A. Korovina, A. Koroleva, A. Selyutin, K. Semenov, R. Su, A. Penkova // Development and Study of Novel Ultrafiltration Membranes Based on Cellulose Acetate. Polymers. 2024, V. 16, 1236 (Q1, IF 4.967).

16. S. S. Ermakov, K. N. Semenov, D. V. Navolotskaya, O. V. Svetlova, A. Yu. Arbenin, A. A. Petrov // Electrochemical performance of gold electrode in aqueous solution, containing fullerenol-d (C60(OH)24): the possibility of direct detection of fullerenol-d in aqueous solutions. Journal of Solid State Electrochemistry. 2024 (Q2, IF 2.6).

17. V. V. Sharoyko, O. S. Shemchuk, A. A. Meshcheriakov, P. A. Andoskin, A. V. Petrov, A. M. Rumyantsev, E. V. Sambuk, D. N. Maystrenko, O. E. Molchanov, I. V. Murin, N. A. Charykov, K. N. Semenov. Modification of fullerene with amino acids as a method for obtaining biocompatible materials with a protective effect // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2024, V. 32 (7), P. 631–639 (Q2, IF 2.06).

18. K. N. Semenov, O. S. Shemchuk, S. V. Ageev, P. A. Andoskin, G. O. Iurev, I. V. Murin, P. K. Kozhukhov, D. N. Maystrenko, O. E. Molchanov, D. K. Kholmurodova, J. A. Rizaev, V. V. Sharoyko. Development of Graphene-Based Materials with the Targeted Action for Cancer Theranostics // Biochemistry (Moscow). 2024. № 8. (Q2, IF 2.3).

19. K. N. Semenov, I. A. Prokopiev, N. V. Petukhova, U. A. Kremenetskaya, D. A. Senichkina, O. S. Epifanovskaya, A. M. Rumiantsev, P. A. Andoskin, J. A. Rizaev, D. K. Kholmurodova, S. V. Ageev, Yu. A. Anufrikov, E. E. Zakharov, I. S. Moiseev, V. V. Sharoyko. Atranorin is a novel potential candidate drug for treating myelodysplastic syndrome. Journal of Molecular Liquids. 2024. 125743. (Q1, IF 6.633).

 Руководитель направления — д. х. н., заведующий кафедрой, заведующий лабораторией К. Н. Семёнов.

 В Межкафедральной лаборатории биомедицинского материаловедения проводятся исследования по синтезу и функционализации углеродных наноструктур (фуллерены, графены, нанотрубки, наноалмазы), наноформ противоопухолевых препаратов (липосомы, альбумин и аэросил) и создание их конъюгатов с векторами для адресной доставки (фолиевая кислота, антитела, аптамеры).

Схема создания материала на основе углеродных нанотрубок для адресной доставки Доксорубицина.

Идентификация полученных материалов проводится с использованием комплекса современных физико-химических методов (ИК-, УФ-, ЯМР-спектроскопия, рентгенофазовый анализ, фотоэлектронная спектроскопия, термогравиметрический анализ, элементный анализ). Отдельное внимание уделено изучению физико-химических свойств новых материалов и их растворов.

 Стратегия научных исследований в лаборатории биомедицинского материаловедения.

Совместно с кафедрой химии твёрдого тела Института химии СПбГУ (заведующий кафедрой — д. х. н., профессор И. В. Мурин, научный сотрудник А. В. Петров) и Астонским университетом (PhD, профессор Д. А. Нерух) проводятся расчёты динамических и структурных характеристик синтезированных материалов методом молекулярной динамики на основе ab initio и классического подходов. Созданные совместно с кафедрой химии твёрдого тела эффективные подходы к теоретическим и экспериментальным исследованиям в области материаловедения позволяют получать интересные результаты в области изучения углеродных наноструктур. Квантово-химические расчёты электронной структуры наноматериалов служат первым этапом такого рода подхода. В расчётах методом теории функционала плотности достаточно точно определяются зарядовые состояния атомов, равновесная геометрия, термодинамические функции, спектральные характеристики. Калибровка расчётов электронной структуры (выбор базиса, функционала) проводится по известным экспериментальным данным и затем определяются физико-химические характеристики новых изучаемых материалов. На следующем этапе, где количество частиц может достигать несколько десятков тысяч атомов и молекул, успешно применяется метод молекулярной динамики. Полученные в расчётах электронной структуры заряды на атомах используются для построения силовых полей в наноразмерных системах. Проводимые исследования позволяют описывать процессы адресной доставки потенциальных лекарственных препаратов в клетку, определять оптимальные центры связывания препарата и носителя, устанавливать механизмы взаимодействия материалов с биологическими жидкостями и изучать процессы переноса или распределение заряда в биологических системах.

 Компьютерное моделирование системы, содержащей углеродные нанотрубки, человеческий сывороточный альбумин и молекулы воды.

Полученные материалы проходят доклиническое изучение in vitro для определения гемосовместимости, биосовместимости, антиоксидантной активности, цито- и генотоксичности, потенциала использования в фотодинамической терапии и в качестве носителей лекарственных средств.

Совместно с лабораторией патофизиологии проводятся исследования по изучению возможности применения синтезированных материалов на основе углеродных наноструктур, функционализированных аминокислотами и пептидами с антиоксидантными свойствами, для уменьшения очага ишемического/реперфузионного повреждения тканей головного мозга и миокарда. Следует отметить, что данные исследования имеют большую актуальность в связи с тем, что согласно данным Всемирной организации здравоохранения, сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти во всем мире: каждый год от них умирает 17.5 млн человек. Среди общей смертности в России они составляют 57 %. В год от сердечно-сосудистых заболеваний в России умирают 1 млн 300 тысяч человек, основными причинами при этом являются осложнения ишемической болезни сердца и артериальной гипертензии — инфаркт миокарда и инсульт. Медицинские и социальные последствия инсульта настолько велики, что повышение эффективности его первичной и вторичной профилактики становится одной из важнейших задач, стоящих перед современной медициной.

Основным направлением дальнейших научных исследований является создание роботизированных молекулярных комплексов наноразмерного масштаба для лечения онкологических заболеваний. Современное состояние информационно-технологической среды позволяет предложить принципиально новые подходы к профилактике и лечению онкологических заболеваний. Критически важный вопрос о создании нового поколения противораковых препаратов, может решаться путём развития таких технологий, в которых сам препарат обладает извне управляемым функционалом или самостоятельным принятием решения о движении в заданном направлении, которое формируется градиентом электрического, магнитного или концентрационного полей. Такой подход становится возможным при современном уровне развития информационной среды, включая большие данные, искусственный интеллект, машинное обучение, нейронные сети.

Список наиболее важных публикаций:

1. K. N. Semenov, E. V. Andrusenko, N. A. Charykov, E. V. Litasova, G. G. Panova, A. V. Penkova, I. V. Murin, L. B. Piotrovskiy. Carboxylated fullerenes: Physico-chemical properties and potential applications // Progress in Solid State Chemistry. 2017. V. 47–48. P. 19–36.

2. A. O. E. Abdelhalim, V. V. Sharoyko, A. A. Meshcheriakov, S. D. Martynova, S. V. Ageev, G. O. Iurev, H. Al Mulla, A. V. Petrov, I. L. Solovtsova, L. V. Vasina, I. V. Murin, K. N. Semenov. Reduction and functionalisation of graphene oxide with L-cysteine: Synthesis, characterisation and biocompatibility // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2020, V. 29, P. 102284.

3. G. M. Berditchevskii, L. V. Vasina, S. V. Ageev, A. A. Meshcheriakov, M. A. Galkin, R. R. Ishmukhametov, A. V. Nashchekin, D. A. Kirilenko, A. V. Petrov, S. D. Martynova, K. N. Semenov, V. V. Sharoyko. A comprehensive study of biocompatibility of detonation nanodiamonds // Journal of Molecular Liquids. 2021, V. 332, P. 115763.

Руководитель направления — д. х. н., профессор кафедры Е. А. Попова.

 Е. А. Попова принадлежит к знаменитой российской школе химиков-органиков и физико-химиков, основанной в Санкт-Петербурге профессорами Д. И. Менделеевым, С. П. Вуколовым и Л. И. Багалом. Ученица профессоров В. А. Островского, Р. Е. Трифонова. Область научных интересов Е. А. Поповой — синтез, реакционная способность, физико-химические и биологические свойства полиазотистых гетероциклов и комплексных соединений с их участием. Особое внимание в научных работах Е. А. Поповой уделено тетразолсодержащим аналогам и производным нуклеозидов, аминокислот, пептидов и других природных соединений.

На кафедре общей и биоорганической химии ведутся научные исследования, связанные с получением биологически активных соединений на основе полиазотистых гетероциклов.

Е. А. Попова (слева) совместно с сотрудниками кафедры общей и биоорганической химии.

Приоритетными направлениями в данной области являются молекулярный дизайн и разработка оригинальных стратегий синтеза аналогов природных соединений, комплексов переходных металлов с полиазотистыми гетероциклическими лигандами и гибридных полиазотистых гетероциклов, содержащих в структуре два и более фармакофорных фрагмента.

Примеры тетразолсодержащих биологически активных веществ.

Существенное внимание уделяется компьютерному прогнозированию с целью поиска оптимальной структуры потенциальных биологически активных соединений, действующих на определённую биологическую мишень. Также проводится комплексное исследование механизмов взаимодействия получаемого биологически активного вещества с биологической мишенью (ДНК, белки и др.). Для решения актуальной проблемы, связанной с отсутствием селективности действия, на кафедре ведётся разработка методов адресной доставки биологически активных соединений непосредственно к биологической мишени в клетке. Наиболее перспективные получаемые вещества тестируются in vitro и in vivo с целью выявления соединений-лидеров для дальнейших доклинических исследований.

Синтез и комплексное исследование биологически активных веществ на основе полиазотистых гетероциклов.

Список наиболее важных публикаций:

1. E. A. Popova, R. E. Trifonov, V. A. Ostrovskii. Tetrazoles for biomedicine // Russian Chemical Reviews. 2019. V. 88 (6). P. 644–676.

2. V. A. Ostrovskii, E. A. Popova, R. E. Trifonov. Developments in Tetrazole Chemistry (2009–16). In Advances in Heterocyclic Chemistry. 2017. V. 123. P. 1–62.

3. E. A. Popova, A. V. Protas, R. E. Trifonov, Tetrazole derivatives as promising anticancer agents // Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry. 2017. V. 17 (14). P. 1856–1868.

Руководитель направления — PhD, д. б. н., профессор кафедры, в. н. с. лаборатории биомедицинского материаловедения В. В. Шаройко.

 В. В. Шаройко закончил Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова, защитил кандидатскую диссертацию на тему «Антиоксидантные и ДНК-репарационные системы в защите клеток от экзо- и эндогенных токсикантов: катионов свинца, фенолов и активных форм кислорода», получил степень PhD Каролинского института (г. Стокгольм) по специальности «Медицинская клеточная биология». Докторская диссертация была посвящена изучению метаболических и сигнальных путей, контролирующих секрецию инсулина бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы, и выявлению их роли в норме и при сахарном диабете. Область научных интересов В. В. Шаройко связана с медицинской химией, а именно с изучением бимолекулярных взаимодействий с помощью реакций биоортогонального легирования, тераностикой, применением аптамеров для создания биосенсоров и адресной доставки лекарств, вопросами молекулярными метаболизма.

Важным направлением исследований В. В. Шаройко является химическое модифицирование иммунных клеток для тераностики.

В. В. Шаройко (в центре) совместно с сотрудниками и студентами кафедры общей и биоорганической химии и лаборатории биомедицинского материаловедения.

Функционализация гликокаликса живых T-клеток проводится с помощью реакции хемоселективного легирования (например, азид-алкиновое циклоприсоединение или клик-реакция). Процесс функционализации живых T-клеток включает несколько стадий: выделение и идентификация T-клеток; метаболическое мечение T-клеток in vitro. Далее возможно проведение функционализации T-клеток углеродными наночастицами и векторами для адресной доставки. Затем проводится реакция хемоселективного легирования между конъюгатами на основе углеродных наноструктур и антител с живыми T-клетками. Данный инновационный подход открывает возможности для создания платформ на основе живых клеток иммунной системы для адресной доставки лекарств и манипулирования опухолевым микроокружением.

Схема конъюгации модифицированных Т-клеток углеродными наноплатформами (УНП), содержащими антитело (АТ).

Ещё одним направлением являются исследования, направленные на повышение эффективности лечения онкологических пациентов за счёт оценки превалирующего характера изменений в микроокружении опухоли и селективной инактивации его иммуносупрессивных компонентов.

Взаимодействие клеток опухоли и её микроокружения как мишень для диагностики и терапии неоплазий (ГМ-КСФ — гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор; МНС — главный комплекс гистосовместимости; APC — антигенпрезентирующие клетки; IDO-1 — индоламин-2,3-диоксиганаза; CAR-T — T-клетки с химерным антигенным рецептором; CD8 — цитотоксические Т-клетки, экспрессирующие CD8; CTLA-4 — гликопротеин цитотоксических T-лимфоцитов 4; GITR — глюкокортикоид-индуцированный белок, связанный с рецептором фактора некроза опухоли; LAG-3 — ген активации лимфоцитов 3; MDSC — клетки-супрессоры миелоидного происхождения., PD-1/PDL-1 — ингибиторы контрольных точек; TCR — рецептор Т-клеток; TIM-3 — муциновый домен 3; Treg — регуляторные T-клетки).

В рамках данного направления разрабатываются нанобиоконструкции с использованием модифицированных биодеградирумых углеродных наноструктур, содержащих молекулы, обеспечивающие адресную доставку по типу двойного таргетирования нескольких действующих веществ к опухоли. Одной из задач проводимых исследований является разработка технологии целенаправленной доставки: анализ клеточных компонентов, вовлечённых в формирование микроокружения опухоли; выявление ключевых мишеней для биоконструкций (клеток и внеклеточного матрикса); создание моделей молекул для направленной доставки эффекторов и лигандов с использованием молекулярного компьютерного моделирования (антитела, аптамеры, пептиды, конструкции с альтернативными каркасными белками); создание векторов, штаммов-продуцентов.

С помощью технологии SELEX (систематическая эволюция лигандов экспоненциальным обогащением) осуществляется поиск аптамеров к широкому спектру мишеней, их идентификация и валидация. Научная новизна исследования заключается в получении олигонуклеотидных ДНК-аптамеров, которые специфически связываются и блокируют цитокины и другие важные медиаторы микроокружения опухоли. Под руководством В.В. Шаройко разрабатываются научные основы создания нового класса лекарственных препаратов таргетного действия на основе аптамеров, наноматериалов и химически модифицированных клеток иммунной системы.

Схема, отражающая использование технологии SELEX для поиска аптамеров.

Кроме того, под руководством В. В. Шаройко проводится широкий спектр исследований по изучению in vitro биологической активности, биосовместимости и установлению молекулярных механизмов действия биологически активных соединений.

Методы изучения биосовместимости.

Список наиболее важных публикаций:

1. K. N. Semenov, N. A. Charykov, V. N. Postnov, V. V. Sharoyko, I. V. Vorotyntsev, M. M. Galagudza, I. V. Murin. Fullerenols: Physicochemical properties and applications // Progress in Solid State Chemistry. 2016. V. 44 (2). P. 59–74.

2. E. I. Pochkaeva, N. E. Podolskiy, D. N. Zakusilo, A. V. Petrov, G. G. Panova, K. N. Semenov, N. A. Charykov, T. D. Vlasov, A. V. Penkova, V. V. Sharoyko, I. V. Murin. Fullerene derivatives with amino acids, peptides and proteins: from synthesis to biomedical application // Progress in Solid State Chemistry. 2020. V. 57, P. 100255.

3. V. V. Sharoyko, S. V. Ageev, N. E. Podolsky, A. V. Petrov, E. V. Litasova, T. D. Vlasov, L. V. Vasina, I. V. Murin, L. B. Piotrovskiy, K. N. Semenov. Biologically active water-soluble fullerene adducts: Das Glasperlenspiel (by H. Hesse)? // Journal of Molecular Liquids. 2021, V. 323, P. 114990.