Разработка высокочувствительных биосенсорных платформ для исследования биомолекулярных взаимодействий и быстрого количественного детектирования биологически активных соединений в сложных средах

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 проекта 18-74-10098

НазваниеРазработка высокочувствительных биосенсорных платформ для исследования биомолекулярных взаимодействий и быстрого количественного детектирования биологически активных соединений в сложных средах

Руководитель Брагина Вера Александровна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" , г Москва

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «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 04 - Биология и науки о жизни; 04-204 - Биофизика

Ключевые слова Биосенсорные платформы, биомолекулярные взаимодействия, быстрый иммунохимический анализ, магнитные наночастицы, иммуномагнитная сепарация, микропористые иммунохроматографические структуры, нелинейное намагничивание, медицинская диагностика

Код ГРНТИ34.17.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы разработки новых подходов к созданию высокочувствительных биосенсорных платформ для проведения фундаментальных исследований биомолекулярных взаимодействий, а также для быстрого и количественного определения концентрации биологически активных соединений в пробах сложного состава. Уникальность предлагаемого в проекте подхода заключается в том, что магнитные наночастицы (МЧ) будут впервые использоваться одновременно в качестве иммуномагнитного сорбента для выделения и концентрирования исследуемых биообъектов с помощью манипуляций внешним магнитным полем, а также в качестве нанометок, детектируемых электронными методами со всего объема трехмерных микропористых иммунохроматографических структур. По оценкам и по результатам предварительных экспериментов авторов проекта данный новый подход приведет к синергическому эффекту и позволит регистрировать биомолекулярные взаимодействия с высокой чувствительностью (в фемто- и пикомолярном диапазонах концентраций) при малом времени (< 15 мин) анализа. Подход даст возможность снять целый ряд ограничений, присущих традиционным для иммунохимического анализа оптическим меткам, и ликвидировать необходимость предварительной пробоподготовки сложных биологических образцов, таких как цельная кровь, сыворотка, слюна и т. д. В результате будут достигнуты уникальные параметры по совокупности таких важных характеристик аналитических методов, как предел детекции (ПД) определяемых соединений, линейный динамический диапазон количественного определения концентраций, чувствительность, специфичность, скорость анализа, а также будет реализована возможность производить одновременную регистрацию нескольких высокоспецифичных иммунохимических реакций и определять множество аналитов в одной пробе. В качестве модельных объектов и примеров специфических антигенов на первом этапе работы будут использованы биологически активные вещества, обладающие высокой социальной значимостью - гормоны, свидетельствующие об эндокринных заболеваниях организма: тиреотропный гормон - ТТГ, трийодтиронин - Т3, тироксин - Т4. Будут получены конъюгаты МЧ, функционализированные антителами против исследуемых агентов и развиты новые высокочувствительные методы количественного детектирования маркеров эндокринных заболеваний (ТТГ, Т3, Т4) в пробах сложного состава в широком диапазоне концентраций. Ожидаемые ПД белкового маркера ТТГ будут лучше 20 мкМЕ/мл, а для гаптена Т4 составят менее 20-30 фМ в сыворотке крови человека с сокращением времени анализа до 15 мин. Наряду с необходимыми для медицинской диагностики ПД, будут достигнуты широкие динамические диапазоны (на уровне 3-4 порядков) измерения концентрации разнообразных маркеров заболеваний. Это позволит с помощью разработанных биосенсорных систем обеспечить возможность исследования динамики заболеваний пациентов и оценку эффективности выбранного курса терапии или хирургии (например, в случае удаления раковых опухолей). Кроме того, будут разработаны методы регистрации нескольких высокоспецифичных взаимодействий антиген-антитело (АГ-АТ) для одновременного выявления и детекции большого количества биообъектов в одной пробе. С помощью таких методов можно будет осуществлять мониторинг динамики изменения соотношения концентраций биомаркеров в зависимости от прогрессирования заболеваний или их подавления (лечения) различными методами. Таким образом, в результате выполнения проекта будут разработаны научные основы для создания нового поколения аналитических методов как для анализа биомолекулярных взаимодействий (в частности, белков с другими белками и малыми молекулами), так и для решения актуальных задач здравоохранения, персонализированной медицины и экспрессной in vitro диагностики.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Брагина В.А, Знойко С.Л., Орлов А.В., Пушкарев А.В., Никитин М.П., Никитин П.И. Analytical platform with selectable assay parameters based on three functions of magnetic nanoparticles: demonstration of highly sensitive rapid quantitation of staphylococcal enterotoxin B in food Analytical Chemistry, vol. 91, № 15, p. 9852-9857 (год публикации - 2019)
10.1021/acs.analchem.9b01519

2. Знойко С.Л., Орлов А.В., Брагина В.А., Никитин М.П., Никитин П.И. Nanomagnetic lateral flow assay for high-precision quantification of diagnostically relevant concentrations of serum TSH Talanta, Vol. 216,120961 (год публикации - 2020)
10.1016/j.talanta.2020.120961

3. Брагина В.А., Черкасов В.Р., Бабёнышев А.В., Буренин А.Г., Новичихин Д.О., Гутенева Н.В. Optical Label-Free Method for Investigation of Polyvalent Antigen-Antibody Interactions for Diagnostics of Hepatitis B IEEE Xplore (год публикации - 2020)
10.1109/ICLO48556.2020.9285631

4. Пушкарев А.В., Орлов А.В., Знойко С.Л., Брагина В.А., Никитин П.И. Rapid and Easy-To-Use Method for Accurate Characterization of Target Binding and Kinetics of Magnetic Particle Bioconjugates for Biosensing Sensors, V. 21(8), 2802 (год публикации - 2021)
10.3390/s21082802

5. Брагина В.А., Орлов А.В., Знойко С.Л., Пушкарев А.В., Новичихин Д.О., Гутенева Н.В., Никитин М.П., Горшков Б.Г., Никитин П.И. Nanobiosensing based on optically selected antibodies and superparamagnetic labels for rapid and highly sensitive quantification of polyvalent hepatitis B surface antigen Analytical Methods (год публикации - 2021)
10.1039/D1AY00354B

Публикации