КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 22-75-10073

НазваниеРазработка point-of-care диагностической системы на основе ДНК-наносенсоров для выявления инфекций респираторного тракта и их лекарственной устойчивости

РуководительКошель Елена Ивановна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2022 - 06.2025

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-109 - Клиническая лабораторная диагностика и нанотехнологии в медицине

Ключевые словаДНК-наносенсоры, диагностика, инфекционные заболевания, пневмония, изотермическая амплификация, тест-система, антибиотикорезистентность

Код ГРНТИ76.03.43; 76.29.50

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Быстрое выявление возбудителей и получение информации об их резистентности к антибиотическим препаратам является залогом своевременного назначения этиотропной терапии и высокой вероятности успешного лечения. Тем не менее, определение устойчивости к лекарственным препаратам до сих пор остается слабым местом молекулярно-генетической диагностики. На рынке в последние годы появляются отдельные продукты для решения этой проблемы, однако число препаратов, устойчивость к которым они могут выявить, ограничено. Более того, эти тест-системы обычно требуют дорогостоящее оснащение лабораторий и специальных навыков персонала. При этом большинство медицинских учреждений среднего звена не имеют собственной лабораторной службы, из-за чего вынуждены пользоваться услугами крупных диагностических центров. В результате биологический материал, взятый у пациента, не может быть сразу передан на исследование. Время, затрачиваемое на доставку проб и процедуры подготовки к отправке и приема образцов, приводят к позднему началу работы с ними. Это, в конечном итоге, сказывается не только на качестве исследования, но и на сроках получения результатов. Последнее обуславливает не только позднее начало этиотропной терапии, но и снижение ее качества из-за некорректных результатов анализа устойчивости возбудителей к антибиотическим препаратам или их отсутствия. Особенно негативно это может сказаться на лечении заболеваний, обусловленных инфекциями респираторного тракта. Инфекции респираторного тракта составляют более 50% от всех инфекционных заболеваний (Андреева 2009). Несмотря на проводимую вакцинацию, количество инфекционных заболеваний с локализацией процесса в дыхательных путях остается очень высоким. Усугубляет ситуацию значительное повышение устойчивости бактерий к антибиотикам, отмечаемое в последние годы не только в медицинских учреждениях, но и вне их (Davies and Davies 2010; Laxminarayan et al. 2013). Некорректная диагностика обуславливает назначение неадекватной терапии, результатом которой часто является развитие осложнений (пневмонии, синуситы, бронхиты), что обуславливает значительное увеличение затрат на лечение. В результате экономический ущерб от последствий острых респираторных заболеваний исчисляется десятками миллиардов рублей в год (http://rospotrebnadzor.ru/upload/iblock/c51/gd_2017_seb.pdf ). Описанные проблемы указывают на необходимость и актуальность разработки простого в обращении, быстрого и эффективного метода быстрой идентификации возбудителей острых воспалительных процессов респираторного тракта и выявления резистентности выявленных штаммов к антибиотикам. Предлагаемый проект направлен на разработку научной базы для экспрессионной диагностики инфекций молекулярными методами в условиях слабого развития научно-технологической и социально-экономической базы, а также задержки получения результата в условиях низкого потока. Технология проекта заключается в комбинации доступных методик анализа последовательностей нуклеиновых кислот, а именно изотермической амплификации и новейшей технологии ДНК-наносенсоров, позволяющих упростить конструкцию тест-системы с возможностью компактизации и транспортабельности, а также снизить расходы на проведение анализа и персональное обслуживание оборудования. В качестве демонстрации применения в рамках проекта будет представлена система детекции возбудителей пневмонии. В первую очередь, технология будет направлена на диагностику бактерий, но одновременное выявление вирусов в системе также возможно, что уже подтверждено предварительными исследованиями. Система будет включать все этапы работы с биологическим материалом, которые будут проходить в закрытом прикроватном устройстве: выделение ДНК, изотермическая амплификация и детекция ДНК-наносенсорами. Предлагаемая к разработке технология не будет требовать дорогостоящей аппаратуры и специальной квалификации персонала. Тест-система позволит выявлять наиболее актуальных возбудителей инфекций респираторного тракта (в их числе могут быть: Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumonia, Neisseria meningitidis, Corynebacterium diphtheria, Mycobacterium tuberculosis), а также их антибиотикорезистеность в течение не более 60 мин. При этом чувствительность системы составит 1-100 геномокопий бактерий с адаптацией устройства к возможности дискриминации нормального носительства и транзиторных микроорганизмов. Для этого будет разработана система, использующая вариант амплификации с праймерами стебельно-петлевой структуры (stem-loop primer amplification, S(L)PA). Научный задел и опыт коллектива в области химии, молекулярной биологии, микробиологии и инженерно-технических разработок, а также материально-техническая база Химико-биологического кластера Университета ИТМО и ФГБУ ДНКЦИБ ФМБА России, включая медицинский центр, обеспечат успешную реализацию всех этапов проекта, в том числе тестирование системы на клинических образцах. Научный коллектив Университета ИТМО совместно с ДНКЦИБ имеет успешный опыт в реализации аналогичного исследования по разработке экспрессионной системы для диагностики инфекций ЦНС по 16 патогенам (бактерии, вирусы, грибы). В результате разработан рабочий прототип устройства, проходящий в настоящее время клинические испытания в малой серии. Этот задел показал эффективность новой технологии и востребованность со стороны заказчика. В отличие от предыдущей разработки, в настоящем проекте запланированы разработки нового типа изотермической амплификации, новых типов сенсоров, системы дискриминации носительства и защита от контаминации. Для развития тематики собран коллектив из разных лабораторий МНЦ SCAMT (https://scamt.ifmo.ru/ru/nauka/gruppyi/nauchnyij-czentr-point-of-care-diagnostiki/), который совместно с партнерами из ДНКЦИБ обеспечит в случае поддержки фондом научную базу для разработки нового диагностикума для корректной терапии пневмонии, особенно актуальной в последние годы. Основными результатами проекта будут как уникальная научная база для разработки различных диагностикумов, так и готовый для проведения клинических испытаний прибор с молекулярно-биологическим наполнением и мобильным комплексом, подготовленный к запуску в производство малой серии. Одновременно в рамках проекта будут проводиться дополнительные исследования технологии ДНК-наносенсоров, которые в будущем станут ключевыми точками роста, апробированные публикацией в высокоимпактных научных журналах.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта ожидается получить следующие значимые результаты: - создание списка актуальных мишеней бактериальных респираторных патогенов и их лекарственной устойчивости на основании клинических исследований на базе ДНКЦИБ и биоинформатического анализа - создание новой быстрой и высокочувствительной системы амплификации на основе изотермической реакции SLPA, которая будет способна к мультиплексному варианту амплификации. На сегодняшний день в мире отсутствуют аналоги представленного варианта метода. - создание новых уникальных колориметрических ДНК-наносенсоров, способных к расплетанию дцДНК при комнатной температуре. - база данных и алгоритм на основе ИИ по подбору и оптимизации ДНК-наносенсоров под различные мишени. Накопление данных по новому виду сенсоров и статистическому анализу позволит в будущем обучить алгоритм ИИ и оптимизировать процесс создания ДНК-сенсоров. - набор реактивов для выделения, изотермической амплификации и детекции амплифицированных продуктов уникальными ДНК-сенсорами - рабочий прототип прибора для детекции патогенов нижних дыхательных путей, в который будет интегрирован набор в виде одноразовых картриджей, валидированный на клинических образцах - возможность диагностики респираторных инфекций (1) не более, чем за 60 мин, (2) в отсутствии материально-технической базы, (3) одновременно до 20 мишеней, (4) в отсутствии специальных навыков у оператора, (5) с ожидаемой стоимостью одного теста не более 10 долларов, одного прибора не более 1500 долларов, (6) с чувствительностью до единичных клеток и специфичностью до 100% (на основании предыдущих данных) - публикация наработанных результатов в высокоимпактных журналах Q1 Использование системы позволит быстро в течение часа выявить возбудителя и его лекарственную устойчивость и лучше формировать тактику лечения. В мире на текущий момент не существует прямого аналога системы. Существуют или разрозненные наборы экспресс-тестирования для отдельных возбудителей, или мультиплексные наборы, пригодные для использования в условиях оснащенной лаборатории. Поэтому внедрение низкопотоковой прикроватной системы, позволит увеличить скорость персональной диагностики. Такие системы являются уникальными для мирового рынка и, в частности, для рынка РФ. Ближайшим аналогом по возможностям могут служить только системы компании bioMerieux. На сегодняшний момент отсутствуют программы подбора ДНК-наносенсоров и их создание происходит только на основе опыта отдельных лиц. Таким образом подделки и параллельный выход на рынок конкурирующих по той же методике продуктов затруднено. В случае успешного выхода на рынок и демонстрации спроса можно будет ожидать использование системы под другие задачи и последующего расширения продуктовой линейки.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---