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 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