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 21-13-00438

НазваниеМагнитные наночастицы, как исследовательский инструмент: от физических основ магнито-механики до микроскопии сверхвысокого разрешения.

Руководитель Абакумов Максим Артемович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова магнитные наночастицы, электронная микроскопия, адресная доставка, магнитомеханика, магнитные поля

Код ГРНТИ31.15.37

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Уникальные физические свойства магнитных наночастиц (МНЧ) могут быть эффективно использованы для решения различных биомедицинских задач. В частности, МНЧ могут выступать в качестве исследовательского инструмента для изучения молекулярных процессов и их механизмов на наноразмерном уровне, там, где МНЧ микрометрового размера не могут быть применены. Возможность избирательно изменять фазовый состав МНЧ, размер и форму их магнитного ядра, а также химию поверхности позволяет получать высокоспецифичные зонды, нацеленные на определенные молекулярные мишени. Когда МНЧ находятся в индивидуальном (единичном) состоянии, а не в виде агрегатов, это позволяет, с одной стороны, после связывания с зондом проводить оценку локализации молекул-мишеней, например, находящихся внутри клетки (актиновый цитоскелет, микротрубочки и др.), с точностью до нескольких нанометров, а с другой стороны – проводить количественную оценку энергии межмолекулярного взаимодействия пары “зонд-мишень”. Несмотря на развитие методов сверхвысокого разрешения в конфокальной микроскопии разрешающая способность большинства из них на сегодняшний день не превышает 50 нм, тогда как масштаб макромолекул составляет единицы нанометров. Визуализация молекулярных объектов на сверхвысоком разрешении с применением высокоспецифичных зондов на основе магнитных наночастиц сложных оксидов железа поможет выяснить многие нерешенные проблемы и неизвестные аспекты взаимодействия биологических макромолекул в клетке, а также понять механизмы взаимодействия и субмолекулярное устройство различных транскрипционных и трансляционных факторов, выявлять антител-связывающие эпитопы в составе антигенов. При этом после образования пары “зонд-мишень” такие зонды могут быть использованы в качестве высокопрецизионного инструмента для оценки энергий межмолекулярных взаимодействий на наноразмерном уровне. К сожалению, использование для этих целей МНЧ микрометрового диапазона и, например, общепринятых методов одномолекулярной спектроскопии сильно ограничивает возможность изучения межмолекулярных пар с низкой энергией межмолекулярных взаимодействий (например, энергии комплементарного связывания коротких цепочек в ДНК дуплексе). Таким образом, данный проект включает в себя два основных блока задач. Первый блок предполагает использование метода электронной микроскопии с параллельным энергодисперсионным рентгеновским анализом для визуализации клеточных антигенов с использованием антител, несущих катионы металлов МНЧ сложных оксидов железа в качестве метки. Связывание антител с белками-мишенями позволит избирательно доставлять катионы металлов, тогда как энергодисперсионный анализ позволит установить их локализацию с точностью до нескольких нм, таким образом, обеспечивая эффективную визуализацию связывания антитела с антигеном с разрешением, превышающим дифракционный предел. Уникальные энергодисперсионные спектры каждого металла позволят не только проводить визуализацию клеточных структур с высоким разрешением, но и осуществлять параллельный анализ нескольких антигенов. Второй блок предполагает использование подхода, известного как “магнитомеханика”, для количественного анализа энергий магнитомеханического эффекта и сил, опосредуемых магнитными зондами с конкретными характеристиками в переменном низкочастотном магнитном поле. В качестве модельных молекул будут использованы двухцепочечные олигонуклеотиды с различной длинной и энергией связи между комплементарными цепями, прочно конъюгированные с одноядерными МНЧ сложных оксидов железа различного типа. С помощью низкочастотного магнитного поля такие конъюгаты будут приведены в движение под действием механических колебаний, передаваемых от МНЧ на олигонуклеотидные дуплексы, что вызовет нарушение в их геометрии, которые приведут к механическим разрывам комплементарных пар нуклеотидов. В конечном итоге, будут получены важные экспериментальные данные, которые позволят для МНЧ различного типа рассчитать значения энергий и сил, опосредуемых ими в низкочастотном магнитном поле с известными параметрам. В результате, будет построена калибровочная кривая, которая позволит по известным параметрам МНЧ и внешних магнитных полей, производить оценку энергий взаимодействия неизвестных межмолекулярных пар.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---