Полиморфизм

Полиморфизм − способность вещества существовать в различных кристаллических структурах, называемых полиморфными модификациями (их принято обозначать греческими буквами α, β, γ и т. д.) образовывать различные устойчивые кристаллические решётки, соответствующие минимумам на поверхности энергии Гиббса. Полиморфизм как способность вещества существовать в нескольких кристаллических формах с различными физико-химическими свойствами, но имеющих одинаковый химический состав, является чрезвычайно важным фактором, определяющим лечебный эффект лекарственных средств.

Развитие подходов и методов физической химии в исследовании многокомпонентных супрамолекулярных, молекулярных и ион-молекулярных систем как перспективных материалов

Руководитель: 
Киселев Михаил Григорьевич
Описание темы исследований: 

- Получение новых знаний о физико-химических процессах формирования структуры растворов для прогнозирования поведения жидкофазных и флюидных систем под влиянием факторов внешнего воздействия.

- Развитие теории растворов и модельных подходов к описанию жидкофазных систем на основе использования методов компьютерной химии и экспериментальных исследований различных свойств многокомпонентных систем в широком диапазоне параметров состояния, включая сверхкритические.

- Установление закономерностей влияния структуры соединений на их термодинамические свойства в многокомпонентных растворах, вносящих вклад в изучение механизма межмолекулярных взаимодействий.

- Выявление роли сольвофобных эффектов на физико-химические параметры жидкофазных систем в широком интервале давлений, температур. Установление структурного состояния жидкофазных и флюидных систем на основе современной методологии исследований в области структурной химии.

- Изучение влияния состава композитных протон-проводящих мембран на основе полимеров, допированных ионными жидкостями на их электрохимические и физико-химические свойства.

- Получение на основе дипиррометеновых красителей: новых люминесцентных сенсоров наноструктурированных биосовместимых систем доставки биомаркеров, фотосенсибилизаторов, моно/мультислойных компонентов OLED устройств с фотоиндуцированным переносом электронов.

- Изучение взаимодействия биополимеров с макрогетероциклическими соединениями для нужд медицины. Установление закономерностей взаимодействия макрогетероциклических и гетероароматических соединений с биополимерами, выявление зависимостей природы лигандов на прочность их связывания полимером, локализацию лигандов в полимере с целью разработки транспортных систем, сенсоров на основе макрогетероциклических соединений и фото-термочувствительных полимерных комплексов на основе полимеров и гетероароматических соединений.

- Синтез железосодержащих дендримерных комплексов на основе спин-равновесных систем.

Ключевые слова: 
Супрамолекулярные системы
Фотоактивные соединения
Полиморфизм
Сольватация
Сверхкритические флюиды
Системы доставки
Машинное обучение
Сотрудничество: 

- Лейпцигский Университет (Лейпциг, Германия);

- Коимбрский Университет (Коимбра, Португалия);

- Университет Лилля (Лилль, Франция);

- Тяньцзиньский Университет (Тяньцзинь, Китай);

- Нью-Йоркский Университет в Шанхае (Китай);

- Казанский Федеральный Университет (Казань);

- Казанский Государственный Медицинский Университет (Казань);

- Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Казанского научного центра РАН (Казань);

- Санкт-Петербургский государственный университет (Санкт-Петербург);

- Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН (Москва);

- Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (Москва);

- Национальный исследовательский Нижегородский государственный Университет им. Н.И. Лобачевского (Нижний Новгород);

- Приволжский исследовательский медицинский Университет (Нижний Новгород);

- Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН (Екатеринбург);

- Ивановский государственный химико-технологический Университет (Иваново);

- Научно-исследовательский институт наноматериалов ИвГУ (Иваново);

- Ивановский государственный Университет (ИвГУ) (Иваново).

Публикации: 

1. Barannikov V.P., Smirnov V.I., Kurbatova M.S. The thermochemical behavior of glycyl-L-histidine and β-alanyl-L-histidine peptides in (SDS + phosphate-buffered saline) micellar solution at pH = 7.4 // Journal of Molecular Liquids. – 2021. – V.331. – P. 115766. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.115766

2. Khodov I.A. et al. Exploring the Conformational Equilibrium of Mefenamic Acid Released from Silica Aerogels via NMR Analysis // International Journal of Molecular Sciences. – 2023. – V.24. – P. 6882. https://doi.org/10.3390/ijms24086882

3. Oparin R.D. et al. Polymorphism and conformations of mefenamic acid in supercritical carbon dioxide // The Journal of Supercritical Fluids, – 2019. – V.152. – P. 104547. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2019.104547

4. Bumagina N. A. et al. Basic structural modifications for improving the practical properties of BODIPY // Coordination Chemistry Reviews. – 2022. V. 469. P. 214684. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214684

5. Lebedeva N.S. et al. Theoretical and experimental study of interaction of macroheterocyclic compounds with ORF3a of SARS-CoV-2 // Scientific reports. – 2021. – V.11. – No 1. – P. 19481. https://doi.org/10.1038/s41598-021-99072-8

6. Gruzdev M. S., Chervonova U. V., Vorobeva V. E., Kolker A. M. Highly branched mesomorphic iron(III) complexes with a long alkyl fragments on periphery // Journal of Molecular Liquids. – 2020. – V. 320. – P. 114505. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114505

7. Shmukler L.E., Fedorova I.V., Fadeeva Yu. A., Safonova L.P. The physicochemical properties and structure of alkylammonium protic ionic liquids of RnH4-nNX (n = 1 – 3) family. A mini–review // Journal of Molecular Liquids. – 2021. – V. 321. – P. 114350. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114350

8. Ramenskaya L.M, Grishina E.P, Kudryakova N.O. Comparative study of atmospheric ionic liquids based on bis(trifluoromethylsulfonyl)imide anion and alkyl substituted cations of ammonium, pyrrolidinium and imidazolium // Journal of Molecular Liquids, – 2020. – V. 312. – P. 113368. V. 312, 113368. http://dx.doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113368

9. Andrey V. Kustov et al. Monocationic Chlorin as a Promising Photosensitizer for Antitumor and Antimicrobial Photodynamic Therapy // Pharmaceutics – 2023. – V. 15. – P. 61. https://www.mdpi.com/1999-4923/15/1/61

10. Ksenofontov A.A et al. Accurate prediction of 11B NMR chemical shift of BODIPYs via machine learning // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2023. – V.25. – P. 9472. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2023/cp/d3cp00253e

Разработка новых фармацевтических форм лекарственных соединений и материалов биомедицинского назначения

Руководитель: 
Перлович Герман Леонидович
Описание темы исследований: 

Переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения, в том числе за счет рационального применения лекарственных препаратов, не возможен без разработки медицинских материалов и препаратов нового поколения. В последнее время огромное внимание, как в литературе, так и в фармацевтической индустрии уделяется разработке биодоступных препаратов. Анализ литературы показывает, что около 40% веществ, представленных на рынке, и 80% соединений, находящихся на стадиях разработки в фармацевтических компаниях, имеют плохую растворимость в водных средах. Это существенно снижает терапевтическую эффективность лекарственных препаратов и способствует появлению побочных эффектов. Корректировка характеристик растворимости и проницаемости может осуществляться с использованием принципиально новых подходов, основанных на целенаправленной настройке физико-химических свойств многокомпонентных молекулярных кристаллов (сокристаллов). Экономический эффект от внедрения таких фармацевтических систем сопоставим с выводом на рынок нового препарата. Кроме этого, разрабатываемые инновационные технологии позволяют продлевать жизнь на рынке дженериковых соединений, которые приобретают улучшенные свойства и новый торговый бренд. В отделе проводятся исследования, связанные с изучением свойств индивидуальных активных фармацевтических ингредиентов (лекарственных соединений / соединений «лидеров») в биологических средах и кристаллах. Кроме этого, осуществляется дизайн фармацевтических систем для целевой доставки лекарственных молекул до мест их функционирования.

Ключевые слова: 
Биополимеры
Лекарственные соединения
Мембранная проницаемость
Плюроники
Полиморфизм
Распределение
Растворимость
Системы доставки
Сокристаллы
Сублимация
Циклодекстрины
Сотрудничество: 

- Юго-Западный Университет “Неофит Рилски” (Благоевград, Болгария);

- Индийский Институт Химической Технологии (IICT) (Хайдарабад, Индия);

- Университет Сунь Ят-Сена (Гуаньджоу, Китай);

- Таньцзиньский Технологический Унверситет (Китай);

- Пекинский Технологический Институт (Китай);

- Шанхайский Институт Медицинских Материалов Китайской Академии Наук (Шанхай, Китай);

- Кейптаунский Университет, Химический факультет, Центр Супрамолекулярной химии (Кеуптаун, ЮАР);

- Институт Фармацевтики Университета Тромсё (Норвегия);

- Институт химических наук Университета Болоньи (Италия)

- Биомедицинский исследовательский центр (Борстель, Германия);

- Федеральный институт исследования и тестирования материалов (Берлин, Германия);

- Институт фармацевтики Университета (Хельсинки, Финляндия);

- Pharmaceutical and Analytical R&D, AstraZeneca R&D (Мёльндаль, Швеция);

- Институт фармацевтики Университета (Глазго, Шотландия);

- Институт физики и химии Южного университета Дании (Оденсе, Дания);

- Институт физиологически активных веществ РАН (Черноголовка);

- Институт проблем химической физики РАН (Черноголовка);

- Институт общей и неорганической химии РАН (Москва).

Публикации: 

1. Perlovich G.L. Thermodynamic characteristics of cocrystal formation and melting points for rational design of pharmaceutical two-component systems // CrystEngComm. – 2015. – V. 17. – P. 7019 – 7028. DOI: 10.1039/c5ce00992h

2. Perlovich G.L. Prediction of solubility of two-component molecular crystals // CrystEngComm. - 2022. – V. 24. – Art. 2217 DOI: 10.1039/d2ce00105e

3. Surov A.O., Voronin A.P., Drozd K.V., Gruzdev M.S., Perlovich G.L., Prashanth J., Balasubramanian S. Polymorphic forms of antiandrogenic drug nilutamide: structural and thermodynamic aspects // Phys. Chem. Chem. Phys. -  2021. – V. 23(16). – P. 9695-9708. DOI: 10.1039/d1cp00793a.

4. Surov A.O., Churakov A.V., Perlovich G.L. Three Polymorphic Forms of Ciprofloxacin Maleate: Formation Pathways, Crystal Structures, Calculations and Thermodynamic Stability Aspects // Cryst. Growth Des. – 2016. – V. 16(11). – P. 6556-6567. DOI: 10.1021/acs.cgd.6b01277

5. Volkova T.V., Simonova O.R., Perlovich G.L. Another move towards bicalutamide dissolution and permeability improvement with acetylated beta-cyclodextrin solid dispersion // Pharmaceutics. – 2022. - V. 14(7). – Art. 1472. DOI: 10.3390/pharmaceutics14071472

6. Volkova T.V., Simonova O.R., Perlovich G.L. Permeability of diverse drugs through a lipid barrier: impact of pH and cyclodextrin // Journal of Molecular Liquids. – 2022. – V. 357(9). – Art. 115931. DOI: 10.1016/j.molliq.2022.11913

7. Blokhina S.V., Sharapova A.V., Ol’khovich M.V., Volkova T.V., Perlovich G.L., Solubility, lipophilicity and membrane permeability of some fluoroquinolone antimicrobials // Eur. J. Pharm. Sci. – 2016. – V. 105. – P. 29-37. DOI: 10.1016/j.ejps.2016.07.01

8. Blokhina S.V., Ol'khovich M.V., Sharapova A.V., Levshin I.B., Perlovich G.L. Thermodynamic insights to solubility and lipophilicity of new bioactive hybrids triazole with thiazolopyrimidines // J. Mol. Liq. – 2021. – Art. 114662. DOI: 10.1016/j.molliq.2020.114662.

9. Drozd, K.V., Manin A.N., Voronin A.P., Boycov D.E., Churakov A.V., Perlovich G.L. A combined experimental and theoretical study of miconazole salts and cocrystals: crystal structures, DFT computations, formation thermodynamics and solubility improvement // Phys. Chem. Chem. Phys. -  2021. - V. 23(21). – P.12456-12470. DOI: 10.1039/D1CP00956G

10. Drozd K.V., Manin A.N., Churakov A.V., Perlovich G.L. Novel Drug-Drug Cocrystal of Carbamazepine with para-Aminosalicylic Acid: Screening, Crystal Structure and Comparative Study of Carbamazepine Cocrystals Formation Thermodynamics // CrystEngComm. -  2017. - V. 19. – P. 4273-4286. DOI: 10.1039/C7CE00831G