The object of research, development or design (in Russian) : Растущая область нанотехнологий привела к появлению наночастиц (NP) с разнообразными применениями, включая доставку лекарств и медицинскую визуализацию. Понимание взаимодействий между наночастицами и биологическими объектами, в частности белками крови человека, имеет первостепенное значение для оценки их биосовместимости. В этом исследовании используется моделирование молекулярной динамики, чтобы обеспечить беспрецедентное понимание сложной динамики и структурных изменений, происходящих на наноразмерной границе раздела между наночастицами и белками крови. Проясняя детали на молекулярном уровне, это исследование способствует всестороннему пониманию воздействия наночастиц на белки крови человека, облегчая обоснованный дизайн и использование наноматериалов в биомедицинских приложениях.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Нанотехнологияның өсіп келе жатқан саласы нанобөлшектердің (NPs) пайда болуына әкелді, соның ішінде дәрі-дәрмек жеткізу және медициналық бейнелеуді қоса алғанда, әртүрлі қолданбалар. Нанобөлшектер мен биологиялық нысандардың, атап айтқанда адам қаны ақуыздарының өзара әрекеттесуін түсіну олардың биоүйлесімділігін бағалау үшін өте маңызды. Бұл зерттеу нанобөлшектер мен қан ақуыздары арасындағы наноөлшемді интерфейсте болып жатқан күрделі динамика мен құрылымдық өзгерістер туралы бұрын-соңды болмаған түсінікті қамтамасыз ету үшін молекулалық динамикалық модельдеулерді пайдаланады. Молекулалық деңгейде егжей-тегжейлерді нақтылай отырып, бұл зерттеу нанобөлшектердің адам қанының ақуыздарына әсерін жан-жақты түсінуге ықпал етеді, биомедициналық қолданбаларда наноматериалдарды ақпараттандырылған дизайн мен пайдалануды жеңілдетеді.

Aim of work (in Russian) : Цель проекта - использовать моделирование молекулярной динамики для исследования влияния наночастиц на белки крови человека. Проливая свет на сложные взаимодействия на молекулярном уровне, цель состоит в том, чтобы получить всестороннее представление о структурной динамике, конформационных изменениях и механизмах связывания, способствуя пониманию взаимодействий между наноматериалами и биологическими материалами.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты – адам қанының ақуыздарына нанобөлшектердің әсерін зерттеу үшін молекулярлық динамикалық модельдеулерді қолдану. Молекулалық деңгейде күрделі өзара әрекеттесулерге жарық түсіре отырып, мақсат наноматериалдар мен биологиялық материалдар арасындағы өзара әрекеттесулерді түсінуге үлес қоса отырып, құрылымдық динамика, конформациялық өзгерістер және байланыстыру механизмдері туралы жан-жақты түсінік алу болып табылады.

Методы исследования (на русском) : В этом проекте представлен новый подход, основанный на использовании передовых методов молекулярно-динамического моделирования для изучения сложной динамики взаимодействия наночастиц с белками крови человека на молекулярном уровне. Инновационный аспект заключается в детальном изучении структурных изменений, конформационных перестроек и механизмов связывания, происходящих в ходе этих взаимодействий. Этот проект будет состоять из нескольких методов исследования, таких как обзор литературы, молекулярное моделирование с помощью методов молекулярной динамики (MD) и экспериментальные проверки в лаборатории нашего международного консультанта. В нашей работе для выполнения атомистического моделирования используется программное обеспечение Gromacs с силовым полем Amber99SB, выбранным на основе валидаций из литературы. Структуры NP будут создаваться с помощью веб-сайта с открытым исходным кодом, генератора входных данных для моделирования CHARMM-GUI. Учитывая цель этого исследования и ограничения размера блока моделирования, обычно используемого в исследованиях MD, максимальный размер NP, используемых в моделировании, будет ограничен несколькими нанометрами. При моделировании будут учитываться различные факторы, влияющие на NP-белковые взаимодействия, такие как размер NP, форма и поверхностный заряд, а также тип вовлеченных белков крови, чтобы обеспечить всестороннее понимание сложного взаимодействия между NP и белками крови.

Методы исследования (на казахском) : Бұл жоба молекулярлық деңгейде нанобөлшектер мен адам қанының ақуыздары арасындағы өзара әрекеттесулердің күрделі динамикасын зерттеу үшін молекулярлық динамикалық модельдеудің озық әдістерін қолданатын жаңа тәсілді енгізеді. Инновациялық аспект құрылымдық өзгерістерді, конформациялық қайта құруларды және осы өзара әрекеттесу кезінде пайда болатын байланыстыру механизмдерін егжей-тегжейлі зерттеуде жатыр. Бұл жоба әдебиеттерді шолу, молекулалық динамика (MD) әдістерін қолдану арқылы молекулалық модельдеу және халықаралық кеңесшіміздің зертханасында эксперименттік валидация сияқты бірнеше зерттеу әдістерінен тұрады. Біздің жұмысымызда Gromacs бағдарламалық құралы әдебиеттегі тексерулер негізінде таңдалған Amber99SB күш өрісімен атомдық модельдеулерді орындау үшін пайдаланылады. NP құрылымдары ашық бастапқы веб-сайт, CHARMM-GUI модельдеу енгізу генераторы арқылы жасалады. Осы зерттеудің мақсатын және әдетте MD зерттеулерінде қолданылатын модельдеу блогының өлшемдерінің шектеулерін ескере отырып, модельдеуде қолданылатын NP-дің максималды өлшемі бірнеше нанометрмен шектеледі. Модельдеу NP-белоктардың өзара әрекеттесуіне әсер ететін әртүрлі факторларды ескереді, мысалы, NP мөлшері, пішіні мен бетінің заряды және қан ақуыздарының түрі, NP және қан ақуыздары арасындағы күрделі өзара әрекеттесу туралы жан-жақты түсінікті қамтамасыз ету.

Obtained results and novelty (in Russian) : Хотя влияние наночастиц на вторичную структуру белков широко изучалось в литературе с помощью различных экспериментальных исследований, до сих пор отсутствует понимание связи между механизмом связывания NP с белками крови человека. Подводя промежуточный итог нашего полноатомного моделирования МД, наши результаты показали индуцированные изменения в конформации белка альбумин (BSA) в присутствии 5-нм наночастицы золота (Au-NP), что указывает на начальный механизм связывания мономера BSA и одной частицы Au-NP. Моделирование МД дополнительно прояснило эффект размера Au-NP с диаметрами 1 нм, 3 нм и 5 нм на их агрегацию с мономером BSA, учитывая степень связывания с белком и структурную стабильность белка. В связи с небольшим размером, 1-нм Au-NP дестабилизировал структуру мономера BSA более существенно, связываясь с доменами II и III, уменьшая содержание спирали в мономере BSA в отсутствие соли NaCl. Интересно, что высокая кинетика агрегации 1-нм Au-NP с доменами BSA I и III наблюдалась в присутствии соли NaCl без существенных изменений в конформации BSA. Так же моделирование белка альбумин в присутствии наночастиц кремния (Si-NP) показало адсорбцию белка на поверхности Si-NP.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Әдебиеттерде нанобөлшектердің ақуыздардың екіншілік құрылымына әсері әртүрлі эксперименталды зерттеулер арқылы кеңінен зерттелгенімен, нанобөлшектердің адам қанының ақуыздарымен байланысу механизмі арасындағы байланысты түсіну әлі де жоқ. Жалпы атомды MD модельдеуін қорытындылау үшін нәтижелер 5 нм алтын нанобөлшегі (Au-NP) қатысуымен BSA альбумин ақуызының конформациясының индукцияланған өзгерістерін көрсетті, бұл BSA мономерінің және жалғыз Au-NP бөлшектерінің бастапқы байланыстыру механизмін көрсетеді. MD модельдеулері 1 нм, 3 нм және 5 нм диаметрі бар Au-NPs олардың BSA мономерімен агрегациясына ақуыздың байланысу дәрежесін және ақуыздың құрылымдық тұрақтылығын ескере отырып, өлшемдік әсерін одан әрі түсіндірді. Кішігірім өлшеміне байланысты 1 нм Au-NP BSA мономерінің құрылымын II және III домендермен байланысу арқылы айтарлықтай тұрақсыздандырды, NaCl тұзы болмаған кезде BSA мономерінің спиральдық құрамын төмендетеді. Бір қызығы, BSA конформациясында елеулі өзгерістерсіз NaCl тұзының қатысуымен BSA I және III домендері бар 1 нм Au-NCs жоғары агрегация кинетикасы байқалды. Сондай-ақ кремний нанобөлшектерінің қатысуымен альбумин ақуызын модельдеу кристалды нанобөлшектердің бетіндегі ақуыздың адсорбциясын көрсетті.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Основные конструктивные показатели проекта включают детальное изучение вторичной структуры белка и ее изменений под воздействием наночастиц (NP), таких как наночастицы золота и кремния, с использованием методов молекулярно-динамического моделирования. В проекте анализируются размеры, форма и физико-химические свойства NP, а также их влияние на конформационные изменения белков. Проводится оценка межмолекулярных взаимодействий, образования белковой короны и изменений вторичной структуры белка. Применение GROMACS для моделирования позволяет анализировать динамику взаимодействий NP-белок, обеспечивая понимание атомистических механизмов связывания и структурных перестроек. Основные технико-экономические показатели: применение моделирования снижает затраты на эксперименты и ускоряет выявление перспективных направлений для дальнейших исследований в сфере разработки безопасных медицинских нанотехнологий. Экономия достигается за счет сокращения числа экспериментов in vitro. Проект ориентирован на разработку более безопасных наноматериалов для медицины, снижая токсичность и минимизируя экологические риски. Долгосрочная цель — содействие патентоориентированным инновациям, которые могут привести к созданию интеллектуальной собственности и коммерциализации безопасных наноматериалов в медицине и биотехнологиях.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Бұл жоба молекулярлық деңгейде нанобөлшектер мен адам қанының ақуыздары арасындағы өзара әрекеттесулердің күрделі динамикасын зерттеу үшін молекулярлық динамикалық модельдеудің озық әдістерін қолданатын жаңа тәсілді енгізеді. Инновациялық аспект құрылымдық өзгерістерді, конформациялық қайта құруларды және осы өзара әрекеттесу кезінде пайда болатын байланыстыру механизмдерін егжей-тегжейлі зерттеуде жатыр. Бұл жоба әдебиеттерді шолу, молекулалық динамика (MD) әдістерін қолдану арқылы молекулалық модельдеу және халықаралық кеңесшіміздің зертханасында эксперименттік валидация сияқты бірнеше зерттеу әдістерінен тұрады. Біздің жұмысымызда Gromacs бағдарламалық құралы әдебиеттегі тексерулер негізінде таңдалған Amber99SB күш өрісімен атомдық модельдеулерді орындау үшін пайдаланылады. NP құрылымдары ашық бастапқы веб-сайт, CHARMM-GUI модельдеу енгізу генераторы арқылы жасалады. Осы зерттеудің мақсатын және әдетте MD зерттеулерінде қолданылатын модельдеу блогының өлшемдерінің шектеулерін ескере отырып, модельдеуде қолданылатын NP-дің максималды өлшемі бірнеше нанометрмен шектеледі. Модельдеулерде NP-белоктың өзара әрекеттесуіне әсер ететін әртүрлі факторлар, мысалы, NP өлшемі, пішіні мен бетінің заряды және тартылған қан ақуыздарының түрі ескеріледі. Мақсаты - наноуыттылық пен наномедицина саласына құнды үлес қоса отырып, NP және қан ақуыздары арасындағы күрделі өзара әрекеттесу туралы жан-жақты түсінік беру.

Level of implementation (in Russian) :

Level of implementation (in Kazakh) :

Efficiency (in Russian) :

Efficiency (in Kazakh) :

Field of application (in Russian) : Понимание взаимодействий между наночастицами и белками крови имеет решающее значение не только для разработки более безопасных наномедицинских приложений, но и для раскрытия потенциальных биологических эффектов NP. Поскольку NP продолжают играть решающую роль в диагностике, доставке лекарств и визуализации, детальное понимание их взаимодействия с белками крови становится необходимым условием для продвижения рубежей наномедицины. Полученные результаты могут способствовать разработке биосовместимых и эффективных наномедицинских решений.

Field of application (in Kazakh) : Нанобөлшектер мен қан ақуыздарының өзара әрекеттесуін түсіну тек қауіпсіз наномедициналық қосымшаларды әзірлеу үшін ғана емес, сонымен қатар NPs ықтимал биологиялық әсерлерін ашу үшін де маңызды. NP диагностикада, дәрі-дәрмек жеткізуде және бейнелеуде маңызды рөлдерді ойнауды жалғастыра отырып, олардың қан ақуыздарымен өзара әрекеттесуін егжей-тегжейлі түсіну наномедицина шекараларын ілгерілету үшін маңызды болады. Алынған нәтижелер биоүйлесімді және тиімді наномедицина шешімдерін жасауға ықпал етуі мүмкін.