Использование возможностей машинного обучения для прогнозирования двойных фосфатных систем для биомедицинских применений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В быстро развивающейся области биомедицинских исследований поиск новых материалов с улучшенными свойствами имеет решающее значение для продвижения вперед всей области. Двойные фосфаты вызвали значительный интерес в широком спектре областей, начиная от систем доставки лекарств и заканчивая катализаторами биомедицинских реакций, и сферы биомедицины и тканевой инженерии не являются исключением. В этой статье предложен метод поиска новых материалов с двойным фосфатом, основанный на машинном обучении, отборе (screening) и применении данных из структурных баз данных, и мы используем эту методологию в сочетании с химическими знаниями, чтобы предложить несколько перспективных материалов для инженерии костной ткани. Для отобранных кандидатов разработана процедура твердофазного синтеза и измерены физические характеристики для подтверждения результатов. Кроме того, роль морфологии, т.е. пористости каркасов на основе этих материалов, обсуждена с биомедицинской точки зрения; предложено и исследовано несколько искусственных путей настройки этого параметра.

Об авторах

Е. Р. Коломенская

Южный федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: kolomenskaya@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

В. В. Бутова

Южный федеральный университет; Институт общей и неорганической химии Болгарской академии наук

Email: kolomenskaya@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону; София, Болгария

Ю. В. Русалев

Южный федеральный университет

Email: kolomenskaya@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

Б. О. Проценко

Южный федеральный университет

Email: kolomenskaya@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

А. В. Солдатов

Южный федеральный университет

Email: kolomenskaya@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

М. А. Бутакова

Южный федеральный университет

Email: kolomenskaya@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

Список литературы

  1. Bregiroux D., Popa K., Wallez G. // J. Solid State Chem. 2015. V. 230. P. 26. https://www.doi.org/10.1016/j.jssc.2015.06.010
  2. Tudorache F., Popa K., Mitoseriu L., Lupu N., Bregiroux D., Wallez G. // J. Alloys Compd. 2011. V. 509. P. 9127.
  3. Etude de la dissolution de britholites et de solutions solides monazite / brabantite dop´ees avec des actinides. / Kerdaniel E.D.F.d., Universit´e Paris Sud, 2007.
  4. Popa K., Wallez G., Bregiroux D., Loiseau P. // J. Solid State Chem. 2011. V. 184. Iss. 10. P. 2629. https://www.doi.org/10.1016/j.jssc.2011.07.037
  5. Tabuteau A., Pagès M., Livet J., Musikas C. // J. Mater. Sci. Lett. 1988. V. 7. № 12. P. 1315. https://www.doi.org/10.1007/BF00719969
  6. Popa K., Wallez G., Raison P.E., Bregiroux D., Apostolidis Ch., Lindqvist-Reis P., Konings R.J.M. // Inorg. Chem. 2010. V. 49. № 15. P. 6904. https://www.doi.org/10.1021/ic100376u
  7. Wallez G., Bregiroux D., Popa K., Raison P.E., Apostolidis Ch., Lindqvist-Reis P., Konings R.J.M., Popa A.F. // Europ. J. Inorg. Chem. 2010. V. 2011. Iss. 1. P. 110. https://www.doi.org/10.1002/ejic.201000777
  8. Zhang Z.-J., Chen H.-H., Yang X.-X., Zhao J.-T., Zhang G.-B., Shi Ch.-Sh. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. V. 41. P. 105503. https://www.doi.org/10.1088/0022-3727/41/10/105503
  9. Ganose A.M., Jain A. // MRS Comm. 2019. V. 9. № 3. P. 874. https://www.doi.org/10.1557/mrc.2019.94
  10. Pies W., Weiss A. References for Vol. III/7. // Landolt-Börnstein - Group III Condensed Matter 7G. / Ed. Hellwege K.-H., Hellwege A.M. SpringerMaterials, 1971–1972. P. 425. https://www.doi.org/10.1007/10201585_20
  11. Morin E., Wallez G., Jaulmes S., Couturier J.C., Quarton M. // J. Solid State Chem. 1998. V. 137. Iss. 2. P. 283. https://www.doi.org/10.1006/jssc.1997.7735
  12. Popa K., Konings R. J. M., Bouëxière D., Popa A.F., Geisler T. // Adv. Sci. Technol. 2006. V. 45. P. 2012. https://www.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AST.45.2012
  13. Huang Y., Cao Y., Jiang Ch., Shi L., Tao Y., Seo H.J. // Jpn. J. Appl. Phys. 2008. V. 47. P. 6364. https://www.doi.org/10.1143/jjap.47.6364
  14. Popa K., Konings R. J. M., Beneš O., Geisler T., Popa A.F. // Thermochimica Acta. 2006. V. 451. № 1–2. P. 1. https://www.doi.org/10.1016/j.tca.2006.08.011
  15. Larsson S., Fazzalari N.L. // Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 2014. V. 134. № 2. P. 291. https://www.doi.org/10.1007/s00402-012-1558-8
  16. Marie P.J. // Bone. 2007. V. 40. № 5. P. 5. https://www.doi.org/10.1016/j.bone.2007.02.003
  17. Querido W., Rossi A.L., Farina M. // Micron. 2016. V. 80. № P. 122. https://www.doi.org/10.1016/j.micron.2015.10.006
  18. Doublier A., Farlay D., Khebbab M.T., Jaurand X., Meunier P.J., Boivin G. // Europ. J. Endocrinology. 2011. V. 165. № 3. P. 469. https://www.doi.org/10.1530/EJE-11-0415
  19. Baron R., Tsouderos Y. // Europ. J. Pharmacology. 2002. V. 450. № 1. P. 11. https://www.doi.org/10.1016/s0014-2999(02)02040-x
  20. Rybchyn M.S., Slater M., Conigrave A.D., Mason R.S. // J. Bio. Chem. 2011. V. 286. № 27. P. 23771. https://www.doi.org/10.1074/jbc.M111.251116
  21. Bellefqih H., Fakhreddine R., Tigha R., Aatiq A. // Mediterranean J. Chem. 2020. V. 10. № 8. P. https://www.doi.org/10.13171/mjc10802108201448hb
  22. Shepherd J.H., Best S.M. // JOM. 2011. V. 63. № 4. P. 83. https://www.doi.org/10.1007/s11837-011-0063-9
  23. Hench L.L., Polak J.M. // Science. 2002. V. 295. № 5557. P. 1014. https://www.doi.org/10.1126/science.1067404
  24. Amin S., Achenbach S.J., Atkinson E.J., Khosla S., Melton L.J. III // J. Bone Mineral Res. 2014. V. 29. № 3. P. 581. https://www.doi.org/10.1002/jbmr.2072
  25. McCabe G.P., Badylak S.F. // Biomaterials. 2009. V. 30. Iss. 8. P. 1482. https://www.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.11.040
  26. Hutmacher D.W. // Biomaterials. 2000. V. 21. Iss. 24. P. 2529. https://www.doi.org/10.1016/s0142-9612(00)00121-6
  27. Kokubo T., Kim H.M., Kawashita M. // Biomaterials. 2003. V. 24. Iss. 13. P. 2161. https://www.doi.org/10.1016/s0142-9612(03)00044-9
  28. Porter J.R., Ruckh T.T., Popat K.C. // Biotechnol. Prog. 2009. V. 25. № 6. P. 1539. https://www.doi.org/10.1002/btpr.246
  29. Rho J.Y., Kuhn-Spearing L., Zioupos P. // Med. Eng. Phys. 1998. V. 20. № 2. P. 92. https://www.doi.org/10.1016/s1350-4533(98)00007-1
  30. Gao C., Deng Y., Feng P., Mao Zh., Li P., Yang B., Deng J., Cao Y., Shuai C., Peng Sh. // Int. J. Mol. Sci. 2014. V. 15. Iss. 3. P. 4714. https://www.doi.org/10.3390/ijms15034714
  31. Liu F.-H.// J. Sol-Gel Sci. Technol. 2012. V. 64. № 3. P. 704. https://www.doi.org/10.1007/s10971-012-2905-5
  32. Preethi Soundarya S., Haritha Menon A., Viji Chandran S. и др.// Int J Biol Macromol. 2018. V. 119. № P. 1228. https://www.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.08.056
  33. Seok J. M., Rajangam T., Jeong J. E., Selvamurugan N. // J. Mater. Chem. B. 2020. V. 8. P. 951. https://www.doi.org/10.1039/c9tb02360g
  34. Zadpoor A.A. // Biomater. Sci. 2015. V. 3. № 2. P. 231. https://www.doi.org/10.1039/c4bm00291a
  35. Chen X., Fan H., Deng X., Wu L., Yi T., Gu L., Zhou Ch., Fan Y., Zhang X. // Nanomaterials. 2018. V. 8. Iss. 11. https://www.doi.org/10.3390/nano8110960
  36. Javadzadeh Y., Hamedeyazdan S. Floating Drug Delivery Systems for Eradication of Helicobacter pylori in Treatment of Peptic Ulcer Disease. // Trends in Helicobacter pylori Infection. / Ed. Roesler B.M. InTech, 2014. https://www.doi.org/10.5772/57353
  37. Mabrouk M., El-Bassyouni T.G., Beherei H., Kenawy S.H. Inorganic additives to augment the mechanical properties of 3D-printed systems 4. // Advanced 3D-Printed Sys-tems and Nanosystems for Drug Delivery and Tissue Engineering. Elsevier Inc., 2020. P. 83.
  38. Tripathi G., Basu B. // Ceram. Int. 2012. V. 38. Iss. 1. P. 341. https://www.doi.org/10.1016/j.ceramint.2011.07.012
  39. Pramanik S., Agarwal A. K., Rai K. N., Garg A. // Ceram. Int. 2007. V. 33. Iss. 3. P. 419. https://www.doi.org/10.1016/j.ceramint.2005.10.025
  40. Merli G.J., Weitz H.H. Medical Management of the Surgical Patient. Elsevier Inc., 2008. 864 p.
  41. Hao Y.I. // Vox Sanguinis. 2009. V. 36. № 5. P. 313. https://www.doi.org/10.1111/j.1423-0410.1979.tb04441.x
  42. Jeong S., Jeon Y., Mun J., Jeong S.M., Liang H., Chung K., Yi P.-I., An B.-S., Seo S. // Chemosensors. 2023. V. 11. Iss. 1. P. 49. https://www.doi.org/10.3390/chemosensors11010049
  43. Lasky F.D., Li Z.M.C., Shaver D.D., Savory J., Savory M.G., Willey D.G., Mikolak B.J., Lantry Ch.L. // Clinical Biochemistry. 1985. V. 18. Iss. 5. P. 290. https://doi.org/10.1016/S0009-9120(85)80034-5
  44. Chen C., Ong S.P. // Nature Computational Science. 2022. V. 2. № 11. P. 718. https://www.doi.org/10.1038/s43588-022-00349-3
  45. Petříček V., Dušek M., Palatinus L. // Zeitschrift für Kristallographie. 2014. V. 229. № 5. P. 345. https://www.doi.org/10.1515/zkri-2014-1737
  46. Sing K.S.W. // Pure Appl. Chem. 1985. V. 57. № 4. P. 603. https://www.doi.org/10.1351/pac1985570-40603

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024