Номинант № 12 — Шагдарова Бальжима Цырендоржиевна


НОМИНАНТ № 12 на ПРЕМИЮ имени П.П. ШОРЫГИНА 2017 г.

 Шагдарова Бальжима Цырендоржиевна

1
Место работы, должность: ФИЦ Биотехнологии РАН, Институт биоинженерии, лаборатория инженерии биополимеров, м.н.с.
Адрес: г.. Москва, проспект 60-летия Октября 7/1.

Получение алкилированных производных хитозана и исследование их биологической активности.

Целью работы является получение производных на основе хитозана, изучение их свойств и возможности применения в биомедицинской области.
Хитозан широко используется в различных областях науки. Однако его существенным недостатком является плохая растворимость при физиологических значениях рН 7.2-7.4. Для решения этой проблемы первоначально методом химического гидролиза получен низкомолекулярный хитозан – с ММ 20 кДа, СД 98%. Далее на основе полученного хитозана исчерпывающим алкилированием первичных аминогрупп глицидилтриметиламмоний хлоридом был синтезирован ряд кватернизированных производных (КвХ) со степенью замещения (СЗ) 9, 40, 58, 98 %, КвХ9, КвХ40, КвХ58, КвХ98, соответственно.
Данные производные хитозана благодаря лучшей растворимости (от 2 до ≥ 100 мг/мл, рН 7.0) и за счет большего положительного заряда заместителя оказывают антибактериальное действие на клетки микроорганизмов. Увеличение СЗ от 9 до 98% способствует снижению минимальной ингибирующей концентрации более чем на порядок и на два порядка по сравнению с исходным хитозаном. На основе производного КвХ40 были получены конъюгаты с антимикробными катионными пептидами варнерином и мелиттином. В качестве сшивающего агента использовали ферментный препарат трансглутаминазы. Выявлен синергизм антибактериального действия конъюгатов.
Исследовали взаимодействие производных хитозана КвХ9 – КвХ98 с эукариотическими клетками. В тестах in vitro и методом проточной цитометрии показано, что токсичность имела дозозависимый характер и увеличивалась с ростом СЗ. Тогда как эффективность проникновения КвХ производных в клетку существенно возрастала с ростом СЗ, и составляла 20 и 55%, для КвХ9 и КвХ98, что является предпосылкой для использования таких производных в качестве систем доставки терапевтических средств.
Растворимые при нейтральном значении рН, обладающие антибактериальным действием и большим положительным зарядом производные КвХ можно использовать для нейтрализации антикоагулянтной активности гепарина (НФГ и НМГ). Проблема нейтрализации избыточной активности гепаринов при хирургических манипуляциях, актуальна, так как в настоящее время используют сульфат протамина (СПТ), который приводит к побочным эффектам, вплоть до летального исхода. Проведенные нами in vitro исследования по оценке прокоагулянтного действия (появление фибринового сгустка), показали что, производное КвХ98 эффективно нейтрализовало антитромбиновую активность НФГ и НМГ. Изучено влияние КвХ9 – КвХ98 на клетки крови — тромбоциты, эритроциты. В используемых концентрациях они не агрегировали тромбоциты и не приводили к гемолизу. Проводили исследования in vivo по нейтрализации производным КвХ98 антикоагулянтной активности плазмы морских свинок после внутривенного введения НФГ и НМГ. Выявлено, что он эффективно, как и СПТ, нейтрализует антитромбиновую активность гепаринов.
Таким образом, синтезированные производные хитозана с различной степенью замещения, содержащие N-[(2-гидрокси-3-триметиламмоний)пропил]хлорид-группы могут быть перспективными биосовместимыми полимерами для применения в области биомедицины. 

Список работ:
Статьи:

1. Шагдарова Б.Ц., Левов А.Н., Варламов В.П. Получение низкомолекулярного хитозана и его производных // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2013, Т.15, № 3 (5), с.1694-1697;
2. Balzhima Ts. Shagdarova, Alla V. Ilyina, Sergey A. Lopatin, Vladimir P. Korobov, Larisa M. Lemkina, Valery P. Varlamov Formation and characterization of succinoyl chitosan particles loaded with warnerin // Progress in the Chemistry and Application of Chitin and its Derivatives, 2015. V. XX. P. 246-253. DOI: 10.15259/PCACD.20.24;
3. Шагдарова Б.Ц., Ильина А.В., Варламов В.П. Антибактериальная активность алкилированных, ацилированных производных низкомолекулярного хитозана // Прикладная биохимия и микробиология. 2016. T.52. №2. с 237-241;
4. Шагдарова Б.Ц., Дрозд Н.Н., Ильина А.В., Логвинова Ю.С., Варламов В.П. Нейтрализация антикоагулянтной активности гепарина N-[(2-гидрокси-3-триметиламмоний)пропил] хлорид-производными хитозана // Прикладная биохимия и микробиология. 2016. T 52. №4, с. 421-428;
5. Шагдарова Б.Ц., Куликов С.Н., Варламов В.П. Изучение совместного действия производных хитозана с лизостафином и варнерином на клетки стафилококков // Известия Уфимского научного центра РАН, 2015, №4 (1), с. 177-179;
6. Чудинова Ю.В., Шагдарова Б.Ц., Ильина А.В., Варламов В.П. Антибактериальное действие конъюгатов пептидов и кватернизированного производного хитозана и его изучение методом атомно-силовой микроскопии // Прикладная биохимия и микробиология. 2016. T 52. №5. с. 482–488;
7. Свирщевская Е.В., Зубарева А.А., Бойко А.А., Шустова О.А., Гречихина М.В., Шагдарова Б.Ц., Варламов В.П. Анализ токсичности и биосовместимости производных хитозана с различными физико-химическими свойствами // Прикладная биохимия и микробиология. 2016. T. 52. №5, с. 467-475;
8. Луньков А.П., Шагдарова Б.Ц., Ильина А.В. Синтез кватернизированных производных хитозана и изучение их свойств // Известия Уфимского научного центра РАН. 2016. № 3(1). c 56-58;
9. Anastasia A. Zubareva, Balzhima Ts. Shagdarova, Valery P. Varlamov, Elena V. Svirshchevskaya Cell binding and penetration of quaternized chitosan derivatives // Progress in the Chemistry and Application of Chitin and its Derivatives. 2016. V. XXI. P. 217-223, DOI: 10.15259.PCACD.21.23.
10. Дрозд Н.Н., Шагдарова Б.Ц., Ильина А.В., Варламов В.П. Влияние N-[(2-гидрокси-3-триметиламмоний)пропил] хлорид – производного хитозана на антикоагулянтную активность плазмы морских свинок // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины (принята к публикации)
11. Zubareva A., Shagdarova B., Varlamov V., Kashirina E., Svirshchevskaya E. Penetration and toxicity of chitosan and its derivatives // European Polymer Journal. 2017. (in press)

Заявка на объект интеллектуальной собственности:
1. Заявка на патент № 2016133240 «Способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана» от 12.08.2016 г. Шагдарова Б.Ц., Лопатин С.А., Коновалова М.В., Ильина А.В., Албулов А.И., Варламов В.П.

Тезисы докладов и материалы конференций:
1. Шагдарова Б.Ц., Курек Д.В., Дружинина А.В., Левов А.Н., Антибактериальная активность хитозана и некоторых его производных в отношении микроорганизма Mycobacterium smegmatis // Материалы XI Международной Конференции Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана, Мурманск 2012. с. 434-437, (постерная сессия);
2. Шагдарова Б.Ц., Левов А.Н., Варламов В.П., Получение низкомолекулярного хитозана и его производных, Международная научная конференция «ЭкоБиотех-2013», посвященной Году охраны окружающей среды в России, г. Уфа, 15-18 октября 2013 г., (устный доклад);
3. Шагдарова Б.Ц., Варламов В.П. Получение композитов на основе кватернизированного хитозана с усниновой кислотой и изучение их антибактериального действия // Сборник тезисов XXVI зимней молодежной научной школы «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии». Москва 10-14 февраля 2014 г. с. 137, (постерная сессия);
4. Шагдарова Б.Ц., Лемкина Л.М., Коробов В.П., Варламов В.П., Ингибирующее действие хитозана и его кватернизированных производных на рост бактерий Staphylococcus epidermidis GISK 33 // Материалы XII Международной Конференции Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана. Пермь 23-28 июня 2014. с. 366-368, (устный доклад);
5. Шагдарова Б.Ц., Куликов С.Н., Левов А.Н., Варламов В.П., Влияние производных хитозана на лизирующую активность лизостафина // Материалы XII Международной Конференции Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана. Пермь 23-28 июня 2014. с. 362-365, (тезисы);
6. Шагдарова Б.Ц., Ильина А.В., Куликов С.Н., Варламов В.П., Получение олигомеров хитозана и исследование их действия на лизис лизостафином клеточных стенок стафилококков // Материалы XII Международной Конференции Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана. Пермь 23-28 июня 2014. с. 355-361, (тезисы);
7. Shagdarova B., Preparation and characterization of varnerin delivery system based on succinoyl chitosan // Abstracts XX Conference «New aspects on chemistry and application of chitin and its derivatives». Lodz. Poland. 24-26 сентября 2014 г, (oral presentation);
8. Шагдарова Б.Ц., Ильина А.В., Куликов С.Н., Варламов В.П. Получение модифицированных форм хитозана с повышенной растворимостью и антибактериальной активностью // Сборник тезисов докладов XIV Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». Казань 13-14 мая 2015. с. 88, (устный доклад);
9. Шагдарова Б.Ц., Куликов С.Н. Действие производных хитозана на антибактериальную активность лизостафина и варнерина // X Молодежная школа-конференция с международным участием «Актуальные аспекты современной микробиологии» Москва 27-30 октября 2015. с. 168-170, (устный доклад);
10. Зубарева А.А., Лялина Т.С., Шагдарова Б.Ц., Варламов В.П., Свирщевская Е.В. Анализ вне- и внутриклеточной локализации хитозана и его производных // Материалы XXVIII зимней научной школы «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии», Москва 8-11 февраля 2016 г. с. 138;
11. Дрозд Н.Н., Шагдарова Б.Ц., Ильина А.В., Варламов В.П. Нейтрализация кватернизированными производным хитозана антикоагулянтной активности плазмы морских свинок // Материалы III Конгресса гематологов России. Москва 14-16 апреля 2016 г. Гематология и трансфузиология. Т.61. с. 114-115;
12. Elena Svirshchevskaya, Anastasia Zubareva, Balzhima Shagdarova, Anastasia Savina, Valery Varlamov Penetration of quaternized chitosan into multicellular tissue spheroids // Materials of 3rd International Conference on Bio-Based Polymers and Composites. Szeged, Hungary, 28 Aug-1 Sept 2016. P.41;
13. Шагдарова Б.Ц., Чудинова Ю.В., Ильина А.В., Варламов В.П. Получение частиц и конъюгатов производных хитозана с низкомолекулярными пептидами и изучение их антибактериального действия // XIII Международная Конференция Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана. Уфа 5-10 сентября 2016 (устный доклад).