Справка за 2008 год

об основных результатах работ по сотрудничеству с Санкт-Петербургским

Государственным Политехническим Университетом с целью привлечения

талантливой молодежи к научной работе в системе РАН.

Базовая кафедра медицинской биотехнологии

Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета

(СПбГПУ)

при Институте Высокомолекулярных Соединений РАН (ИВС РАН) (зав. кафедрой - чл.-корр. РАН, проф. Панарин Е.Ф.) Базовая кафедра медицинской биотехнологии при ИВС РАН была открыта 24.09.2001 на факультете медицинской физики и биоинженерии СПбГПУ (декан факультета - чл.-корр.

РАМН, д.м.н., проф. В.О. Самойлов). Факультет медицинской физики и биоинженерии СПбГПУ организован в 1997 году.

Цель создания кафедры состояла в сохранении и развитии научно-технического потенциала Северо-Западного региона России в области фундаментальных и прикладных исследований по медицинской биотехнологии и медицинским полимерам.

Кафедра призвана готовить магистров и специалистов - биотехнологов для работы в НИИ и на фармацевтических предприятиях и фирмах, связанных с получением, исследованием и применением биотехнологических продуктов медицинского назначения, производимых путем химического и микробиологического синтеза, а также из животного и растительного сырья.

В период с 2002 по 2004 гг. деятельность кафедры медицинской биотехнологии поддерживалась ФЦП “Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы” (государственный контракт № ИО170, программное мероприятие 1.1., тема контракта “Разработка основ создания полимерных лекарственных веществ с полифункциональной антимикробной, противоопухолевой и иммуномодулирующей активностью”, в период с 2002 по 2008 гг. - программами целевых расходов Президиума РАН по поддержке базовых кафедр академических институтов.

1. Научно-исследовательская деятельность Научно-исследовательская деятельность кафедры связана с исследованиями в области химии и физики полимеров, проводимых в ИВС РАН и осуществляется в следующих направлениях: синтез и физико-химическое изучение гидрофильных функциональных полимеров как носителей биологически активных веществ; модификация биологически активных веществ и установление соотношения структура - активность (антибиотики, ферменты, стероидные и полипептидные гормоны, анионные и катионные ПАВ, биогенные металлы);установление связи между составом, структурой, физико-химическими свойствами и активностью полимерных биологически активных веществ на молекулярно-клеточном и физиологических уровнях; полимерные системы и материалы медицинского назначения на их основе с полифункциональной биологической активностью; изучение динамики структурных превращений многокомпонентных биологически активных систем в растворах физическими методами; разработка на основе синтетических и природных полимеров новых биотехнологических сорбентов и биомедицинских материалов; изучение равновесия, кинетики и динамики взаимодействия сшитых и растворимых гидрофильных полимеров с биологически активными веществами; разработка биотехнологических процессов получения высокоочищенных субстанций лекарственных веществ, а также аналитических методов контроля их качества.

В течение 2008 года при поддержке Программы целевых расходов РАН продолжена совместная научная деятельность с другими кафедрами факультета.

С кафедрой физико-химических основ медицины (зав. кафедрой–член.-корр. РАМН, проф. Самойлов В.О., отв. исп. зам декана факультета по научной работе, доц., к.ф.-м. наук О.Л. Власова) велись работы по разработке новых типов полимерных катионных флокулянтов для применения в биотехнологической и медицинской промышленности.

Главными целями этих исследований являются разработка научных основ синтеза высокомолекулярных полиэлектролитов нового типа и их использования в качестве высокоэффективных флокулянтов в биотехнологии, а также разработка новых подходов к интенсификации биотехнологических процессов на основе изучении механизмов и особенностей межмолекулярного взаимодействия полимер – целевое биологически активное вещество.

Совместно с кафедрой медицинских технологий (отв. исп., зав. кафедрой, проф., д.м.н.

Хирманов В.Н.) продолжены работы по синтезу и модификации новых высокоселективных растворимых и сшитых полимеров, по исследованию их сорбционных свойств, созданию биологической модели метаболического синдрома и нарушенной деятельности естественных механизмов детоксикации с целью оценки биосовместимости и токсикологического контроля новых полимерных систем для внедрения эфферентных методов лечения в клинике. В настоящее время применение эфферентных методов как основы детоксикации организма больных с целью снижения риска гипертензии, сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета, подагры и других тяжелых заболеваний является перспективной альтернативой существующих фармакологических подходов к лечению этих заболеваний.

В 2008 году два молодых научных сотрудника (И.С. Гаркушина и А.П. Лещинская) завоевали гранты правительства С.-Петербурга для молодых ученых. Два молодых сотрудника (А.П. Лещинская и М.А. Смирнова) продолжали работу в рамках Программы «УМНИК» Фонда по содействию развития малых предприятий в научно-технической сфере, еще один сотрудник (П.В. Плотникова) работала по этой же Программе в рамках совместной тематики с кафедрой физико-химических основ медицины.

В период с 24.11. по 29.11. 2008 года проведена неделя науки СПбГПУ. Заседание секции «Медицинская биотехнология» проводилось в ИВС РАН. Заслушано 18 докладов, определены 2 победителя по фундаментальным и 2 победителя по прикладным работам в области медицинской биотехнологии среди студентов кафедры медицинской биотехнологии и молодых сотрудников ИВС РАН.

В 2008 году при поддержке Программы целевых расходов РАН продолжено материально-техническое оснащение Межкафедральной учебно-исследовательской лаборатории «Природоохранная и медицинская биотехнология».

2. Образовательная деятельность.

В 2008 году научные сотрудники ИВС РАН продолжили активно участвововать в учебной работе со студентами. Ученые ИВС РАН читали студентам 2 обязательных и 7 специальных лекционных курсов, принимали участие в лабораторных спецпрактикумах, осуществляли научное руководство бакалавскими, магистерскими и аспирантскими работами. Общее число сотрудников, ведущих работу со студентами в 2007/2008 году составило 28 человек. Среди них - доктора и кандидаты наук, руководители подразделений и ведущие специалисты ИВС РАН.

В 2008 году 31 студент успешно закончили бакалавриат, 29 студентов защитили магистерскую диссертацию. В олимпиадах и в научно - практических конференциях, проводимых с участием базовой кафедры медицинской биотехнологии, приняло участие около 140 студентов факультета.

В 2008 году издано 1 учебное пособие по биомедицинским материалам (Е.Ф.

Панарин), еще 1 учебное пособие по фракционированию биологически активных веществ (О.А. Писарев) подготовлено к печати.

В 2008 году при поддержке Программы целевых расходов РАН сотрудниками базовой кафедры медицинской биотехнологии при ИВС РАН было продолжено обучение магистров по авторской магистерской программе 140400.68.20 «Физико-химические основы создания новых материалов и технологий в медицине и биотехнологии».

Магистерская программа разработана на основе Государственного образовательного стандарта подготовки 140440 - «Техническая физика» в соответствии с приказом Минобрнауки от 22.03.2006г. № 62 «Об образовательной программе высшего профессионального образования специализированной подготовки магистров», а также на основе письма Федерального агентства по образованию «О формировании программ специализированной подготовки магистров» от 24.03.2006г. № 03-749.

В программе использован опыт, накопленный в при подготовке магистров базовой кафедры медицинской биотехнологии при ИВС РАН.

Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки магистра по направлению 140400 «Техническая физика» при очной форме обучения составляет 6 лет. Основная программа подготовки магистра состоит из программы подготовки бакалавра по соответствующему направлению (4 года) и специализированной подготовки магистра (2 года).

Содержание магистерских курсов и учебный план магистерской программы представлены в приложении 1.

Приложение Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений в рамках интеграции с Вузами имеет следующие 1. Базовая кафедра медицинской биотехнологии СПбГПУ при ИВС РАН Данные по учреждению РАН: Данные по Вузу-партнеру:

Ф.И.О руководителя, ученая Санкт-Петербургский Государственный степень: Панарин Евгений Политехнический Университет, Федорович, член.-корр. РАН, проф. факультет медицинской физики и Кол-во привлеченных научных биоинженерии, сотрудников: 26 Кафедра медицинской биотехнологии.

Кол-во членов РАН (ак., чл.- Кол-во привлеченных преподавателей: корр.РАН): Кол-во студентов, проходящих обучение: Направление подготовки 140400 «Техническая физика», авторская магистерская программа 140400.68.20 - Физико-химические основы создания новых материалов и технологий в медицине и биотехнологии»

Квалификация: специалиста: магистр техники и технологии Срок обучения: 4, 5 и 6 курс Правовой статус: приказ ректора СПбГПУ № 454-СУ-277 от 26.09.2001 об организации базовой кафедры медицинской биотехнологии СПбГПУ при ИВС РАН.

Перечень учебных программ по спецкурсам, читаемым на базовой кафедре медицинской биотехнологии СПбГПУ при ИВС РАН 1. Химия высокомолекулярных соединений.

Основным целью дисциплины является подготовка инженеров-исследователей, способных решать вопросы, связанные с разработкой и использованием высокомолекулярных соединений и полимерных материалов, предназначенных для применения в биотехнологии, медицине, фармации, биохимическом анализе, пищевой и косметической промышленности. Курс химии высокомолекулярных соединений читается в семестре.

В курсе рассматриваются: определение понятия высокомолекулярных соединений;

основные принципы строения высокомолекулярных соединениях, их структурная организация, отличия от низкомолекулярных веществ; важнейшие методы получения синтетических высокомолекулярных соединений, их превращения, исследование структуры, свойств; основные виды природных полимеров, их химическое строение и функции и свойства; основные типы синтетических и природных полимеров, применяемых в биомедицинских и биотехнологических целях. Общая трудоемкость дисциплины составляет 34 часа.

Курс читает зав.каф., член-корр.РАН, проф. Е.Ф. Панарин.

2. Медицинская биотехнология.

Целью обучения студентов по курсу медицинской биотехнологии является изучение современного состояния развития методов получения, исследования и анализа биотехнологических и фармацевтических продуктов, получаемых микробиологическим и химическим синтезом, а также из растительного и животного сырья. Курс медицинской биотехнологии читается в 9 и 10 семестрах.

В курсе рассматриваются основы использования полимерных биоматериалов как основы имплантантов, сорбентов, диагностических тест - систем и вспомогательных материалов в фармации. Рассмотрены основные типы используемых полимеров, их свойства.

Существенное внимание уделено проблемам гемосовместимости, биодеградации, испытаниям на биосовместимость и стерилизации биотехнологических полимеров, методам модификации биологически активных веществ полимерами. Общая трудоемкость дисциплины составляет 102 часа, из них лабораторные занятия – 51 час.

Курс читают зав.каф., член-корр.РАН, проф. Е.Ф. Панарин и проф., д.х.н. М.В.

Соловский, доц., к.х.н. О.А. Писарев 3. Фракционирование биологически активных веществ.

В связи с тем, что биологические системы содержат большое количество компонентов, часто близких по ряду физико - химических свойств, а также в связи с развитием методов изучения надмолекулярной организации биополимеров фракционирование сложных смесей является одним из основных этапов решения многочисленных проблем биохимии, биофизики и молекулярной биологии. Курс фракционирования биологически активных веществ читается в 11 семестре.

Целью обучения студентов по курсу является изучение современного состояния развития методов разделения и анализа биополимеров и их фрагментов. В курсе рассматриваются современные методы экстракции, аналитической и препаративной хроматографии, электрофореза, противоточного распределения, мембранные методы разделений. В каждом подразделе курса содержится изложение теории метода, постановки эксперимента и обсуждение полученных результатов. Общая трудоемкость дисциплины составляет 34 часа.

Курс читают доц., к.х.н. О.А. Писарев и доц., к.т.н. Полякова И.В.

4. Медицинское материаловедение.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны получить знания по механике полимерных (металлических, керамических) и композиционных материалов, используемых в медицинских целях, и способам их переработки. Курс медицинского материаловедения читается в 8 семестре.

В курсе рассматриваются основные методы механических испытаний полимеров и поведение полимерных материалов под нагрузкой, вязкоупругость и модели вязкоупругого поведения полимеров, деформационно-прочностные свойства и механика разрушения полимеров, вязкотекучее состояние и вязкость расплавов полимеров, технологии переработки медицинских полимеров, полимерные композиционные материалы, а также механическое поведение композиционных материалов на основе полимерной матрицы.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 34 часа.

Курс читает проф., д.ф.-м. н. В.Е. Юдин.

5. Спектроскопические методы исследования биотехнологических продуктов.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны получить знания по основным спектроскопическим методам изучения свойств биологически активных веществ и биотехнологических продуктов. Курс спектроскопических методов исследования биотехнологических продуктов читается в 11 семестре.

В курсе рассматриваются ИК-спектроскопия и радиоспектроскопия молекул и макромолекул, диэлектрическая спектроскопия макромолекул, дисперсия оптического вращения и круговой дихроизм. Даются основные представления о динамике макромолекул, о растворимых и сетчатых полиэлектролитах. Общая трудоемкость дисциплины составляет 34 часа.

Курс читает проф., д.ф.-м. н. В.Д. Паутов.

6. Оптические методы исследования биотехнологических продуктов.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны получить знания по оптическим методам изучения биотехнологических продуктов. Курс оптических методов исследования читается в 10 семестре.

В курсе рассматриваются методы динамического и статического светорассеяния, диффузия и седиментация биполимеров, двойное лучепреломлениение, а также потенциометрическое титрование биополимеров. Общая трудоемкость дисциплины составляет 34 часа.

Курс читает доц., к.ф.-м. н. А.И. Киппер 7. Основы культивирования микроорганизмов.

Микробиологический синтез широко используется для промышленного получения широкого ряда физиологически активных соединений, используемых в формации, парфюмерии, пищевой промышленности, научных исследованиях.

Целью обучения студентов по курсу является изучение теоретических основ культивирования микроорганизмов, моделирования элементов управляемого биосинтеза, способов интенсификации биосинтеза, в том числе, - биосинтеза физиологически активных биополимеров, а также биологической очистки водных растворов от загрязнений. Курс читается в 11 семестре.

В каждом подразделе курса содержится изложение теоретических основ и элементов математического моделирования поведения популяции микроорганизмов. В курсе рассматриваются способы культивирования микроорганизмов, стехиометрия роста и метаболизма микроорганизмов, кинетика роста и метаболизма микроорганизмов, особенности роста и метаболизма микроорганизмов на жидких гидрофобных субстратах, управляемое культивирование микроорганизмов, теоретические основы высокоплотностного культивирования микроорганизмов. Общая трудоемкость дисциплины составляет 34 часа.

Курс читает доц., к.т.н. П.Г. Ганин.

8. Лабораторный практимум «Экспериментальные методы исследования лекарственных веществ биотехнологического и медицинского назначения»

Подготовлен лабораторный практикум по курсам лекций, читаемых на базовой кафедре. Он состоит из 25 лабораторных работ. Общая трудоемкость дисциплины 68 часов.

1. Потенциометрическое титрование ионообменных сорбентов.

2. Перевод ионообменных сорбентов в различные ионные формы.

3. Определение констант обмена в системе органический ион-ионит.

4. Обесцвечивание и депигментация растворов физиологически активных веществ.

5. Измерение спектра поглощения растворов сложных органических ионов.

6. Определение концентрации биологически активных веществ по оптической 7. Определение числа люминесцирующих групп в меченых макромолекулах по оптической плотности.

8. Определение состава двухкомпонентного раствора биологически активных веществ по оптической плотности.

9. Измерение спектра люминесценции раствора биологически активного вещества и спектра возбуждения люминесценции.

10. Радикальная полимеризация сульфометильной соли диметиламиноэтилметакрилата.

11. Радикальная полимеризация винилового мономера.

12.Проведение реакции получения поливинилового спирта 13.Измерение вязкости растворов с использованием вискозиметров Оствальда и 14. Получение комплекса целлюлозы с анионным ПАВ и плёнок на его основе.

15. Получение интерполимерного комплекса катионного полимера и модифицированной 16. Изучение конформационных характеристик полимеров методом седиментационнодиффузионного анализа.

17. Исследование полиэлектролитных полимерных комплексов методами двойного лучепреоломления и вискозиметрии.

18. Анализ процессов структурообразования в растворах полимеров методом рассеяния поляризованного света.

19. Исследование динамического светорассеяния растворов полимеров и полимерных и полимерных комплексов.

20. Исследование ориентационных упругих деформаций в нематической фазе термопротропных жидкокристаллических полимеров.

21. Изучение методов современного химического синтеза пептидов и белков.

22. Получение полимерных микросфер и наночастиц с заданными свойствами поверхности.

23. Использование эксклюзионной, ионообменной и высокоэффективной обращеннофазной хроматографии для анализа, очистки и изучения молекулярно- массового распределения БАВ.

24. Получение латексных реагентов методом адсорбционной и/или химической модификации полимерных частиц белками и/или синтетическими пептидами.

25. Анализ электроповерхностных свойств полимерных частиц до и после их модификации биологически активных веществ (метод микроэлектрофореза).

26. Исследование иммунореактивности конъюгатов биологически активных веществ методом реакции латекс-агглютинации.

Лабораторные работы подготовили: зав.каф., член-корр.РАН, проф. Е.Ф. Панарин, проф., д.х.н. М.В. Соловский, проф., д.ф.-м. н. В.Д. Паутов., проф., д.ф.-м. н. В.Е. Юдин.

доц., к.х.н. О.А. Писарев, доц., к.т.н. Полякова И.В.