Разработка новых эффективных антибактериальных и антиоксидантных агентов относится к одним из наиболее приоритетных областей исследования в современной медицине. Как известно, не менее до 50% всех антибиотиков, назначаемых людям, не обладают оптимальной эффективностью поскольку одной из причин этому является бактериальная устойчивость ко многим видам препаратов. Как установлено, это связано, в том числе, с такими факторами, как неизбирательное и чрезмерное употребление антибиотиков, их использование в производстве пищевых продуктов и т.д. Появление штаммов грамположительных и грамотрицательных бактерий, устойчивых к антибиотикам и обладающих множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ), является проблемой современного здравоохранения и представляет серьезную угрозу для населения промышленно развитых стран. К настоящему времени выполнены многочисленные работы по созданию различных покрытия из оксидов ряда металлов на поверхности изделий медицинского назначения, обладающих антимикробной активностью в отношении бактерий (как грамположительных, так и грамотрицательных), вирусов, грибков и простейших. И показано, что
эффективность использования таких покрытий обусловлена тем, что механизм их действия в отношении бактерий отличается от стандартных механизмов действия антибиотиков и это позволяет преодолеть МЛУ. Проведенные исследований показывают, что сложные оксиды (двойные или тройные сложные оксиды, их нанокомпозиты с различными металлами/другими оксидами, а также органическими молекулами – полимерами или полипептидами)
демонстрируют наличие у них более выраженной антибактериальной активности и синергетического эффекта по сравнению с активностью индивидуальных оксидов.
При выполнении настоящего проекта предполагается последовательно решить ряд конкретных задач и первой среди них является задача создания новых методик послойной химической сборки (ПХС) на поверхности широкого круга подложек покрытий из сложных гидратированных оксидов Ce(III,IV) и Mn(III,IV) с общей формулой M_1,xM_2Oy·nH_2O, где M_1 = Zn(II), Cu(II), Mg(II), Fe(II,III), Ag(0,I) и др.; M_2 = Ce(III,IV), Mn(III,IV). Сегодня наночастицы оксида церия и оксида марганца считаются одними из наиболее перспективных нанобиоматериалов среди оксидов металлов. Они обладают мощными антиоксидантными свойствами за счет способности поглощать АФК и свободные радикалы, таким образом, защищая здоровые клетки при нормальном физиологическом рН; обладают способностью разрушать раковые клетки при низком рН, действуя как прооксиданты и генерируя АФК; могут выполнять функцию некоторых ферментов и, таким образом, принадлежат к недавно открытому семейству нанозимов; обладают противовоспалительными свойствами и высокой антибактериальной активностью, основанной на нескольких механизмах. Один из механизмов основан на производстве АФК и свободных радикалов,
что приводит окислительному стрессу и препятствует бактериальному метаболизму. Причем существует как самопроизвольное выделение АФК за счет наличия дефектов в структуре материала, так и при воздействии света за счет фотокаталитических свойств оксидов. Еще одним из антибактериальных механизмов является прямой контакт наночастицы с клеточной мембраной бактерии, её повреждение или дестабилизация. Наночастицы оксида церия также
обладают способностью стимулировать пролиферацию клеток in vitro и ускоряют заживление повреждений in vivo, с чем связан их большой потенциал в тканевой инженерии и регенеративной медицине.
Все запланированные исследования будут выполнены впервые и в этом плане сомнения в научной новизне работы полностью отсутствуют. Так, впервые будут опробованы новые маршруты и методики синтеза сложных оксидов церия и марганца, причем адаптированные к созданию покрытий на широком круге биомедицинских материалов (в том числе порошкообразных) и изделий, а также впервые будет выполнена оценка их антиоксидантных и бактерицидных
свойств. Для образцов проявляющих конкурентоспособные практически важные свойства будут обоснованы технологические аспекты их получения в условиях серийного производства. Оригинальность такого подхода, по нашему мнению, открывает возможности синтезировать новые гибридные и композитные соединения, которые другими известными методами получить нельзя.
Современное состояние исследований по теме проекта может быть оценено путем анализа базы данных Scopus. Изучение литературы в этой области показало, что наблюдается ежегодный рост числа публикации по тематике проекта. Так, например, на тему «Manganese oxide ROS» опубликовано 845 статей, причем в 2017 году их число составляло 46, а в 2022 – уже 117 статей. Количество публикаций в год по запросу «Manganese oxide antibacterial»
увеличилось вдвое с 2017 по 2022 г. По теме свойств оксида церия наблюдается подобная тенденция. Например, по запросу «Cerium oxide antioxidant» общее количество публикаций составило 794, причем в 2017 году опубликовано 54 статьи, а в 2021 - 121 статья. Также наблюдается ежегодный рост количества публикаций на тему «Cerium oxide antibacterial», а именно, в 2017 году опубликовано всего 19 статей, а в 2022 уже 77. По запросу «Cerium oxide
biomedical» всего опубликовано 432 статьи, при этом количество публикаций в год с 2017 по 2021 также увеличилось вдвое.
Результаты поиска литературы по теме применения послойного синтеза для разработки новых композитных материалов для биомедицинских приложений также подтверждает актуальность работ по этой теме. Согласно базе данных Scopus количество публикаций, например, по ключевым словам «Layer-by-layer delivery» составило 2488, «Layer-by-layer tissue engineering»-1188, «Layer-by-layer antibacterial» - 621. При этом также наблюдается ежегодный рост публикаций на отмеченные темы.
