Институт Высокомолекулярных Соединений Guest

1. Основные направления деятельности
2. Текущие проекты, гранты
3. Достижения, награды
4. Публикации

Основные направления научной деятельности

Научное направление лаборатории – изучение взаимодействия биологически активных веществ (БАВ) со сшитыми синтетическими полиэлектролитами, разработка принципов препаративной хроматографии и мембранных процессов селективного разделения БАВ, получение и исследование свойств биодеградируемых систем на основе сшитых белковых конъюгатов. (сшитые полиэлектролиты, сорбенты, препаративная хроматография, трековые мембраны, кровезаменители).

На протяжении последних лет проводится систематическое исследование взаимодействия многокомпонентных белковых смесей с высокоемкостными сорбентами для препаративной ионообменной хроматографии (А.А.Демин, А.Т.Меленевский). Изучение последовательной и совместной сорбции белков на сорбентах различных типов показало, что в условиях максимального связывания, определяемого значениями рН раствора, процесс осложнен явлениями синергизма: отсутствует вытеснение одного белка другим, более того в статических условиях увеличивается поглощение одного белка в присутствии второго. Совокупность полученных данных позволила сформулировать гипотезу, согласно которой к синергетическим явлениям в процессах многокомпонентной сорбции приводит способность белка необратимо сорбироваться в данных условиях, зависящая от силы взаимодействия белок-сорбент. Показано, что в исследованных системах необратимость определяется количеством фиксированных ионов сорбента, приходящихся на одну молекулу белка. Продемонстрирована связь эффективности разделения белковой смеси во фронтально-вытеснительном процессе с механизмом многокомпонентной сорбции. Синтезом сетчатых полиэлектролитов – сополимеров N-метакрилоилаланина (МАА), N-(2-гидроксипропил)метакриламида (ГПМА) и N,N’- этилендиметакриламида (ЭДМА) была получена серия гетеросетчатых карбоксильных катионитов с различным содержанием ионогенных групп. Содержание карбоксильных групп задавалось соотношением между МАА и ГПМА в реакционной смеси при постоянном содержании сшивающего агента (ЭДМА). Изучение последовательной и совместной сорбции модельных пар белков такими катионитами показало, что значительное влияние на избирательность сорбции оказывает размер белковых макромолекул. При использовании катионитов с малым содержанием МАА (до 20 мол.%) избирательность в ряду цитохром С – бычий сывороточный альбумин – фибриноген растет, в отличие от катионитов с большим содержанием МАА. Таким образом, полученные сорбенты могут быть использованы для избирательного извлечения белков большого размера из сложных смесей.

С целью создания ионообменных сорбентов для избирательной сорбции белков большого размера проведена модификация поверхности макропористых монолитных сорбентов, полученных в процессе сополимеризации глицидилметакрилата и этиленгликольдиметакрилата в присутствии порогенов. Степень модификации (концентрация карбоксильных групп) регулировалась временем реакции. Получены данные по связыванию карбоксилированными монолитами цитохрома и БСА в статических и динамических условиях. Экспериментами по последовательной сорбции цитохрома и БСА на сорбентах с различной степенью модификации продемонстрировано, что доступность реакционноспособных групп на поверхности пор монолитных сорбентов позволяет обеспечить равномерное распределение ионогенных групп. Уменьшение концентрации карбоксильных групп в 5 раз по сравнению с максимально достижимой дает возможность в динамическом режиме на два порядка увеличить избирательность сорбции более крупного белка.

Направление исследований, ведущееся под руководством дхн, проф., внс Л.К.Шатаевой (А.Ю.Соловьев, И.А.Чернова), относится к области развивающихся нанотехнологий и связано, с одной стороны, с изучением процессов массообмена и фазового разделения на трековых мембранах, с другой стороны, с проблемой биосовместимости и стерилизующей способности мембран путем нанесения на них гидрофильных покрытий и антисептиков. Показана принципиальная возможность разделения жесткоцепных макромолекул (ДНК, ПАН, КМЦ) по молекулярным массам в режиме тангенциальной микрофильтрации на блоках с трековыми мембранами при больших напряжениях сдвига в потоке фильтруемого раствора в камере концентрата.
Одно из современных направлений – нанобиотехнология – связано с изучением интерполимерных комплексов ДНК, белков и пептидов, их физико-химических характеристик и механизмов селективного связывания. Проводится  исследование гиперхромных эффектов связывания синтетических пептидов различного состава с двойной спиралью ДНК (синтетического и природного происхождения); измеряется смещение температуры плавления ДНК при связывании с пептидами и ядерными белками.

Одновременно разрабатывается инновационная технологическая схема выделения и очистки природных регуляторных пептидов из животного сырья, где концентрация целевых компонентов не превышает 1-2 %. Выделение таких минорных компонентов достигается тем, что для этого используются полимерные материалы нового поколения: трековые мембраны на основе полиэтилентерефталата с размерами пор 40, 60 и 100 нм (данные растровой электронной микроскопии), и селективные ионообменные сорбенты с размерами ячеек полимерной сетки 3 – 4 нм (данные малоуглового рентгеновского рассеяния). Структура этих материалов позволяет не только целенаправленно выделять из сложных экстрактов низкомолекулярные пептиды и нуклеопептиды, но и концентрировать их на 2-3 порядка по сравнению с концентрацией в исходном сырье.

На протяжении ряда лет под руководством д.х.н., в.н.с. Н.П.Кузнецовой (Л.Р.Гудкин, Р.Н.Мишаева) идет работа по синтезу и изучению белковых конъюгатов.. Получены производные глутарового альдегида с аминокислотой, которые были исследованы в качестве полифункционального сшивателя в реакции внутри- и межмолекулярной сшивки белка. Показана возможность получения высокомолекулярных белковых конъюгатов со стабилизированной четвертичной структурой и сохранением биологической активности.
На основании полученных закономерностей отрабатывались условия получения и последующего присоединения аналога аллостерического эффектора к гемоглобину при его химической модификации и полимеризации.
Разработан кровезаменитель, обладающего дыхательной функцией, с использованием в качестве сшивателя производного глутарового альдегида с глутаминовой кислотой. В укрупненном масштабе проведены опытные наработки полимерного гемоглобина. Полученный препарат был передан для первичной клинической апробации в клиники Военно-медицинской академии, Института скорой помощи и Научного центра хирургии. Результаты исследований доказали безвредность препарата, его хорошую переносимость больными. Побочных эффектов не установлено. При инфузии препарата не требуется определение группы крови больного и проведения проб на совместимость. Фармакологический комитет рекомендовал разрешить медицинское применение и промышленный выпуск препарата Геленпол (протокол от 24.12.98).

Текущие проекты, гранты

Программа фундаментальных исследований ОХНМ РАН №8 “Разработка научных основ новых химических технологий с получением опытных партий веществ и материалов” 2003-2005 гг, 2006-2007 гг.

 Тема “Разработка технологии производства кровезаменителя – переносчика кислорода из эритроцитов с истекшим сроком хранения”

 Грант РФФИ №03-03-32710 “Полимерные сетки с равномерным распределением ионогенных групп”

 Грант РФФИ №06-03-32363 “Макропористые монолитные сорбенты для избирательной сорбции белков большой молекулярной массы”

Награды

А.Ю.Соловьев – грант Фонда содействия отечественной науке (2006-2007 гг.)

 О.В.Очкур – победитель “Конкурса персональных грантов 2007 года для студентов и аспирантов вузов и академических институтов Санкт-Петербурга"”; работа включена в программу “Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса (УМНИК)”.

 Н.П.Кузнецова и Л.Р.Гудкин награждены медалью к ордену “За заслуги перед отечеством II степени.

 Медалью “300 лет Петербургу” награждены Н.П.Кузнецова, Л.Р.Гудкин, Р.Н.Мишаева, А.А.Демин, А.Т.Меленевский.

 Публикации

Монографии

1. Л.К.Шатаева, В.Х.Хавинсон, И.Ю.Ряднова. “Пептидная саморегуляция живых систем (факты и гипотезы). Санкт-Петербург. “Наука”. 2003 г. 211 С.

   2.  А.А.Демин, И.А.Чернова, Л.К.Шатаева «Ионообменная сорбция биологически активных веществ» 2008, Изд-во СПб Университета. 151 с.

Статьи

1.                Соловьев А.Ю., Brynda E., Houska M., Bleha M., Шатаева Л.К. Нанесение многослойного белкового покрытия на поверхность полиэтилентерефталата // Высокомол. Соед. А. – 2003. – Т.45, №9. – С.1574-1579.

2.                Соловьев А.Ю., Шатаева Л.К., Зеликсон Б.М. Сорбционная иммобилизация сывороточных белков на трековых мембранах мембранного плазмофильтра ПФМ-800 // Эфферентная терапия. – 2003. – Т.9, №3. – С.62-65.

3.                Demin A.A., Melenevsky A.T., Papukova K.P. The effect of the concentration of ionogenic groups in the sorbent on the separation of protein mixtures. // J.Chromatography. –2003. V.1006 A. – p.185-193.

4.                Демин А.А., Меленевский А.Т. Оценка применимости биленгмюровских изотерм для описания взаимодействия ионообменных сорбентов с белковыми смесями. //Сорбционные и хроматографические процессы. 2004.- Т.4., вып.3. – С.339-347.

5.                Шатаева Л.К., Чернова И.А., Зеликсон Б.М. Исследование кинетики сорбции метиленового синего на гранульных и микродисперсных угольных сорбентах. //Сорбционные и хроматографические процессы. 2004.- Т.4., вып.3. –С.253-262.

6.                Папукова К.П., Никифорова Е.С., Демин А.А., Меленевский А.Т., Чижова Е.Б. Гидрофильные гетеросетчатые полиэлектролиты с варьируемым содержанием карбоксильных групп // Высокомол. Соед. А. – 2004. – Т.46, №9. – С.1488-1492

7.                Соловьёв А.Ю., Басин Б.Я., Шатаева Л.К. Плазмаферез донорской крови с использованием модифицированного плазмофильтра ПФМ-800 // Эфферентная терапия, 2005., Т.11, №1, С.45-48.

8.                Khavinson V., Shataeva L., & Chernova A. DNA double-helix binds regulatory peptides similarly with transcription factors. // Neuroendocrinol. Lett. 2005. V.26. N 3. P.237 – 241.

9.                Хавинсон В.Х., Шатаева Л.К. Модель комплементарного взаимодействия олигопептидов с двойной спиралью ДНК // Медицинский академический журнал. 2005. Т.5. № 1. С.15-23

10.             Очкур О.В., Павлова Е.Н., Демин А.А.Влияние концентрации ионогенных групп сорбента на избирательность сорбции цитохрома и бычьего сывороточного альбумина. //Сорбционные и хроматографические процессы. 2006. Т.5. вып.2. С.211-217.

11.             Демин А.А., Меленевский А.Т., Очкур О.В., Школьников Е.И., Сидорова Е.В., Сидоров А.А., Громадкова И. Взаимосвязь сорбционных свойств и структуры полимерных сеток с различным количеством ионогенных групп. Журн. физической химии. 2006. Т.80., №9. С.1484-1490.

12.             Швед Ю. А., Кухарева Л. В., Зорин И. М., Соловьев А. Ю., Блинова М. И., Билибин А. Ю., Пинаев Г. П. Разработка полимерной подложки для культивирования фибробластов кожи человека. Цитология. 2006. Т. 48, № 2. С.161-168.

13.             Хавинсон В.Х., Соловьев А.Ю., Шатаева Л.К. Молекулярный механизм взаимодействия олигопептидов и двойной спирали ДНК. //Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2006. Т.41, №4. С.443-447.

14.             Соловьев А.Ю., Ширяев А.П., Басин Б.Я., Шатаева Л.К. Мембранный биореактор с иммобилизованной протеиназой. Журн. приклад. химии. 2006. Т. 79, вып.8. С.1345-1349.

15.             Demin A.A., Ochkur O.V. Cation exchangers for selective sorption of large proteins. // J.Chromatography B, V.849, Iss.1-2, 2007, P.231-235.

16.             Очкур О.В., Демин А.А., Тенникова Т.Б. Избирательность сорбции белков на карбоксильных катионитах различного строения. //Сорбционные и хроматографические процессы. 2007. Т.7. Вып.6. С. 946-951.

17.             Кузнецова Н.П., Мишаева Р.Н., Гудкин Л.Р. Сорбционная очистка концентрированных растворов гемоглобина //Журн. приклад. химии. 2007. Т.80. вып.9. С.1566-1570.

18.             Соловьёв А.Ю., Потехина Т.С., Чернова И.А., Басин Б.Я. Трековая мембрана с иммобилизованными коллоидными частицами серебра. //Журн. приклад. химии. 2007. Т. 80. вып.3. С.440-444.

19.              Чернова И.А., Соловьёв А.Ю., Красильников В.Н., Шатаева Л.К. Модификация полимерного ионита для получения оборотной воды из соевой сыворотки методом неспецифической твёрдофазной экстракции. //Сорбционные и хроматографические процессы. 2007. Т.7. вып.6. С.1006-1011.

20.             Хавинсон В.Х., Соловьев А.Ю., Шатаева Л.К. Плавление двойной спирали ДНК при связывании с геропротекторным тетрапептидом. Бюлл. эксперимент. биологии и медицины, 2008, Т.146, №11, с. 560-562.

21.             А.Т.Меленевский, О.В.Очкур, А.А.Демин. Влияние плотности ионогенных групп сорбента на конкурентную сорбцию белков.//Журн. физ. химии, 2009, том 83, №1, с.118-121.

22.             Н.М.Ежова, И.А.Чернова. Пористые биосорбенты на основе метакриловой кислоты и триаллилизоцианурата. Изв. АН, сер.хим. 2009, №8, с.1683-1687.

23.             А.Т. Меленевский, О.В. Очкур, А.А. Демин Влияние степени карбоксилирования на поровую структуру монолитных носителей. //Журн. физ. химии, 2010, том 84, №1, с.71-75.