uzspbgmuУчёные записки Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени академика И. П. ПавловаThe Scientific Notes of the Pavlov University1607-41812541-8807Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University10.24884/1607-4181-2026-33-1-126-132uzspbgmu-1244Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ РАБОТЫORIGINAL PAPERSСинтез и характеристика биосовместимой азид-содержащей платформы на основе наноалмазов для функционализации с помощью клик-химииSynthesis and characterization of a biocompatible azide-containing platform based on nanodiamonds for click chemistry functionalizationhttps://orcid.org/0000-0003-3060-2232ШемчукО. С.ShemchukO. S.

Шемчук Ольга Сергеевна, аспирант, специалист по учебно-методической работе кафедры общей и биоорганической химии, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова; научный сотрудник отдела фундаментальных исследований, Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8

197758, Санкт-Петербург, поселок Песочный, ул. Ленинградская, д. 70

197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д.12

Shemchuk Olga S., Postgraduate Student, Specialist in Educational and Methodological Work of the Department of General and Bioorganic Chemistry, Pavlov University; Research Fellow of the Department of Fundamental Researches, Russian Scientific Center Radiology and Surgical Technologies named after Academician A. M. Granov

6-8, L’va Tolstogo str., Saint Petersburg, 197022

70, Leningradskaya str., Pesochny settlement, Saint Petersburg, 197758

12, Akademika Pavlova str., Saint Petersburg, 197022

olja.shemchuk17@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0003-4854-017XБулаковВ. Э.BulakovV. E.

Булаков Вячеслав Эдуардович, аспирант, специалист по учебно-методической работе кафедры общей и биоорганической химии, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8

197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д.12

Bulakov Vyacheslav E., Postgraduate Student, Specialist in Educational and Methodological Work of the Department of General and Bioorganic Chemistry, Pavlov University

6-8, L’va Tolstogo str., Saint Petersburg, 197022

12, Akademika Pavlova str., Saint Petersburg, 197022

bulakov_v@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0463-7725МиколайчукО. В.MikolaichukO. V.

Миколайчук Ольга Владиславовна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник отдела фундаментальных исследований

197758, Санкт-Петербург, поселок Песочный, ул. Ленинградская, д. 70

Mikolaichuk Olga V., Cand. of Sci. (Chem.), Senior Research Fellow of the Department of Fundamental Researches

70, Leningradskaya str., Pesochny settlement, Saint Petersburg, 197758

olgamedchem@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3330-6324МолчановО. Е.MolchanovO. E.

Молчанов Олег Евгеньевич, доктор медицинских наук, руководитель отдела фундаментальных исследований

197758, Санкт-Петербург, поселок Песочный, ул. Ленинградская, д. 70

Molchanov Oleg E., Dr. of Sci. (Med.), Head of the Department of Fundamental Researches

70, Leningradskaya str., Pesochny settlement, Saint Petersburg, 197758

molchanovo@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8174-7461МайстренкоД. Н.MaistrenkoD. N.

Майстренко Дмитрий Николаевич, доктор медицинских наук, директор, Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова

197758, Санкт-Петербург, поселок Песочный, ул. Ленинградская, д. 70

Maistrenko Dmitrii N., Dr. of Sci. (Med.), Director, Russian Scientific Center Radiology and Surgical Technologies named after Academician A. M. Granov

70, Leningradskaya str., Pesochny settlement, Saint Petersburg, 197758

may65@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2239-2044СемёновК. Н.SemenovK. N.

Семенов Константин Николаевич, доктор химических наук, профессор кафедры общей и биоорганической химии, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8

197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д.12

Semenov Konstantin N., Dr. of Sci. (Chem.), Professor of the Department of General and Bioorganic Chemistry, Pavlov University

6-8, L’va Tolstogo str., Saint Petersburg, 197022

12, Akademika Pavlova str., Saint Petersburg, 197022

semenov1986@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3717-0471ШаройкоВ. В.SharoykoV. V.

Шаройко Владимир Владимирович, доктор биологических наук, профессор кафедры общей и биоорганической химии, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8

197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д.12

Sharoyko Vladimir V., Dr. of Sci. (Biol.), Professor of the Department of General and Bioorganic Chemistry, Pavlov University

6-8, L’va Tolstogo str., Saint Petersburg, 197022

12, Akademika Pavlova str., Saint Petersburg, 197022

sharoyko@gmail.comПервый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова; Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика A. M. Гранова; Институт экспериментальной медициныРоссияPavlov University; Russian Scientific Center Radiology and Surgical Technologies named after Academician A. M. Granov; Institute of Experimental MedicineRussian FederationПервый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова; Институт экспериментальной медициныРоссияPavlov University; Institute of Experimental MedicineRussian FederationРоссийский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика A. M. ГрановаРоссияRussian Scientific Center Radiology and Surgical Technologies named after Academician A. M. GranovRussian FederationРоссийский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика A. M. ГрановаРоссияRussian Scientific Center Radiology and Surgical Technologies named after Academician A. M. GranovRussian Federation202609062026331126132Copyright © Шемчук О.С., Булаков В.Э., Миколайчук О.В., Молчанов О.Е., Майстренко Д.Н., Семёнов К.Н., Шаройко В.В., 20262026Шемчук О.С., Булаков В.Э., Миколайчук О.В., Молчанов О.Е., Майстренко Д.Н., Семёнов К.Н., Шаройко В.В.Shemchuk O.S., Bulakov V.E., Mikolaichuk O.V., Molchanov O.E., Maistrenko D.N., Semenov K.N., Sharoyko V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sci-notes.ru/jour/article/view/1244Введение

Введение. В работе представлена стратегия создания модульной наноплатформы для таргетной терапии на основе химически модифицированных наноалмазов. Рассматривается подход, позволяющий конструировать биосовместимые носители с возможностью селективной доставки терапевтических агентов.

Цель

Цель. Синтез и изучение модифицированного наноалмаза ND-PEG4-N3, содержащего реакционноспособную азидную группу (–N3), для последующего использования в качестве основы таргетной терапии.

Методы и материалы

Методы и материалы. Для ковалентного присоединения лиганда использовали реакцию этерификации Штеглиха. Успешная функционализация поверхности подтверждена методами ЯМР CP/MAS, ИК-Фурье спектроскопии и РФЭС. Цитотоксичность индивидуальных наноалмазов и ND-PEG4-N3 исследована на клеточной линии HEK293.

Результаты

Результаты. Наличие азидной группы обеспечивает возможность последующего селективного конъюгирования с лигандами-мишенями через реакцию азид-алкинового циклоприсоединения. Полученные данные подтверждают успешную химическую модификацию поверхности наноалмазов.

Заключение

Заключение. Результаты работы подтверждают, что ND-PEG4-N3 является перспективной и биосовместимой основой для разработки биомедицинских материалов, обладающей необходимым функциональным потенциалом для создания систем таргетной терапии.

Introduction

Introduction. This work presents a strategy for creating a modular nanoplatform for targeted therapy based on chemically modified nanodiamonds.

The objective was to synthesize and investigate a modified nanodiamond, ND-PEG4-N3, containing a reactive azide group (–N3) for subsequent use as the basis of targeted therapy.

Methods and materials

Methods and materials. The Steglich esterification was used for the covalent attachment of the ligand. Successful surface functionalization was confirmed by CP/MAS NMR, Fourier-transform infrared spectroscopy, and XPS. Furthermore, the cytotoxicity of both plain nanodiamonds and ND-PEG4-N3 was investigated using the HEK293 cell line.

Results

Results. The presence of the azide group enables the subsequent selective conjugation with target ligands via the azidealkyne cycloaddition reaction. The data obtained confirm the successful chemical modification of the surface of nanodiamonds.

Conclusion

Conclusion. The results confirm that ND-PEG4-N3 is a promising and biocompatible foundation for the development of biomedical materials with the necessary functional potential to create targeted therapy systems.

наноалмазы детонационного синтезаконъюгатцитотоксичностьклик-химияdetonation-synthesis nanodiamondsconjugatecytotoxicityclick chemistryАвторы выражают благодарность кафедре общей и биоорганической химии Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И. П. Павлова за предоставленную возможность использования оборудования и проведения исследований на линиях клеток человека. Использовано оборудование следующих ресурсных центров Научного парка СПбГУ: магнитно-резонансные методы исследования, методы анализа состава вещества. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства здравоохранения Российской Федерации (государственное задание «Разработка молекулярного дизайна и создание препаратов на основе конъюгатов углеродных наноструктур, векторов адресной доставки и цитотоксических агентов для инактивации стволовых опухолевых клеток и компонентов микроокружения опухоли» ЕГИСУ: 123021300231-8).The authors express their gratitude to the Department of General and Bioorganic Chemistry of the First St. Petersburg State Medical University. Academician I. P. Pavlova for the opportunity to use the equipment and conduct research on human cell lines. The equipment of the following resource centers of the St. Petersburg State University Science Park was used: magnetic resonance research methods, methods for analyzing the composition of matter. The work was carried out with the financial support of the Ministry of Health of the Russian Federation (state assignment “Development of molecular design and creation of drugs based on carbon nanostructure conjugates, targeted delivery vectors and cytotoxic agents for inactivation of tumor stem cells and components of the tumor microenvironment” of the Unified State Automated Information System of Accounting: 123021300231-8).ReferencesShenderova O. A., McGuire G. E. Science and engineering of nanodiamond particle surfaces for biological applications (Review) // Biointerphases. – 2015. – Vol. 10, № 3. – 030802.Shenderova O. A., McGuire G. E. Science and engineering of nanodiamond particle surfaces for biological applications (Review) // Biointerphases. 2015;10(3. 030802.Paci J. T., Man H. B., Saha B. et al. Understanding the surfaces of nanodiamonds // Journal of Physical Chemistry C. American Chemical Society. – 2013. – Vol. 117, № 33. – P. 17256–17267.Paci J. T., Man H. B., Saha B. et al. Understanding the surfaces of nanodiamonds // Journal of Physical Chemistry C. American Chemical Society. 2013;117(33):17256–17267.Xu J., Chow E. K.-H. Biomedical applications of nanodiamonds: From drug-delivery to diagnostics // SLAS Technol. – 2023.Xu J., Chow E. K.-H. Biomedical applications of nanodiamonds: From drug-delivery to diagnostics // SLAS Technol. 2023.Dolmatov V. Y. Detonation synthesis ultradispersed diamonds: properties and applications // Russian Chemical Reviews. – 2001. – Vol. 70, № 7. – P. 607–626.Dolmatov V. Y. Detonation synthesis ultradispersed diamonds: properties and applications // Russian Chemical Reviews. 2001;70(7):607–626.Holt K. B. Diamond at the nanoscale: applications of diamond nanoparticles from cellular biomarkers to quantum computing // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. – 2007. – Vol. 365, № 1861. – P. 2845–2861.Holt K. B. Diamond at the nanoscale: applications of diamond nanoparticles from cellular biomarkers to quantum computing // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2007;365(1861):2845–2861.Chow E. K., Zhang X. Q., Chen M. et al. Nanodiamond therapeutic delivery agents mediate enhanced chemoresistant tumor treatment // Sci Transl Med. – 2011. – Vol. 3, № 73. – 73ra21.Chow E. K., Zhang X. Q., Chen M. et al. Nanodiamond therapeutic delivery agents mediate enhanced chemoresistant tumor treatment // Sci Transl Med. 2011;3(73):73ra21.Neitzel I., Mochalin V., Knoke I. et al. Mechanical properties of epoxy composites with high contents of nanodiamond // Compos Sci Technol. – 2011.– Vol. 71, № 5. – P. 710–716.Neitzel I., Mochalin V., Knoke I. et al. Mechanical properties of epoxy composites with high contents of nanodiamond // Compos Sci Technol. 2011;71(5):710–716.Qin J. X., Yang X. G., Lv C. F. et al. Nanodiamonds: Synthesis, properties, and applications in nanomedicine // Mater Des. – 2021. – Vol. 210. – P. 110091.Qin J. X., Yang X. G., Lv C. F. et al. Nanodiamonds: Synthesis, properties, and applications in nanomedicine // Mater Des. 2021;210:110091.Hens S. C., Cunningham G., Tyler T. et al. Nanodiamond bioconjugate probes and their collection by electrophoresis // Diam Relat Mater. – 2008. – Vol. 17, № 11. – P. 1858–1866.Hens S. C., Cunningham G., Tyler T. et al. Nanodiamond bioconjugate probes and their collection by electrophoresis // Diam Relat Mater. 2008;17(11):1858–1866.Xu D., Liu M., Zhang Q. et al. Preparation of water dispersible and biocompatible nanodiamond-poly(amino acid) composites through the ring-opening polymerization // Materials Science and Engineering: C. – 2018. – Vol. 91. – P. 496–501.Xu D., Liu M., Zhang Q. et al. Preparation of water dispersible and biocompatible nanodiamond-poly(amino acid) composites through the ring-opening polymerization // Materials Science and Engineering: C. 2018;91:496–501.Jung H. S., Neuman K. C. Surface Modification of Fluorescent Nanodiamonds for Biological Applications // Nanomaterials. – 2021. – Vol. 11, № 1. – P. 153.Jung H. S., Neuman K. C. Surface Modification of Fluorescent Nanodiamonds for Biological Applications // Nanomaterials. 2021;11(1):153.Zhao L., Xu Y. H., Akasaka T. et al. Polyglycerol-coated nanodiamond as a macrophage-evading platform for selective drug delivery in cancer cells // Biomaterials. – 2014. – Vol. 35, № 20. – P. 5393–5406.Zhao L., Xu Y. H., Akasaka T. et al. Polyglycerol-coated nanodiamond as a macrophage-evading platform for selective drug delivery in cancer cells // Biomaterials. 2014;35(20):5393–5406.Berdichevskiy G. M., Vasina L. V., Ageev S. V. et al. A comprehensive study of biocompatibility of detonation nanodiamonds // J Mol Liq. – 2021. – Vol. 332. – 115763.Berdichevskiy G. M., Vasina L. V., Ageev S. V. et al. A comprehensive study of biocompatibility of detonation nanodiamonds // J Mol Liq. 2021;332:115763.Panich A. M. Nuclear magnetic resonance studies of nanodiamond surface modification // Diam Relat Mater. – 2017. – Vol. 79. – P. 21–31.Panich A. M. Nuclear magnetic resonance studies of nanodiamond surface modification // Diam Relat Mater. 2017;79:21–31.Petit T., Puskar L. FTIR spectroscopy of nanodiamonds: Methods and interpretation // Diam Relat Mater. – 2018. – Vol. 89. – P. 52–66.Petit T., Puskar L. FTIR spectroscopy of nanodiamonds: Methods and interpretation // Diam Relat Mater. 2018;89:52–66.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.