Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка электрохимических сенсорных систем на основе полимеров с молекулярными отпечатками для анализа белков-кардиомаркеров

Номер контракта: 14.576.21.0045

Руководитель: Шумянцева Виктория Васильевна

Должность: Эксперт по научным вопросам ООО " ИБМХ - ЭкоБиоФарм"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
молекулярный импринтинг, полимеры с молекулярными отпечатками, молекулярно - импринтируемые полимеры, наноматериалы, инфаркт миокарда, электроанализ, электрохимические сенсоры, белки-кардомаркеры

Цель проекта:
Основная цель работ реализуемого проекта - разработка электрохимической сенсорной системы для определения кардиомиоглобина в плазме крови за счет взаимодействия с биораспознающим материалом на основе молекулярно импринтированного полимера, и молекулярно импринтированного полимера, конъюгированного с углеродными нанотрубками

Основные планируемые результаты проекта:
1. Разработаны методики химического синтеза полимеров с молекулярными отпечатками (МИП) на основе силикагелей; разработаны методы электрополимеризации МИП на основе о-фенилендиамина (о-ФДА); разработаны методики конъюгирования многостеночных углеродных нанотрубок (УНТ) с МИП на основе о-фенилендиамина; разработана методика оценки биосовместимости и проведен анализ биосовместимости полученных полимеров с молекулярными отпечатками на основе о-фенилендиамина с помощью спектральных методов. Проведена оценка аффинности (констант равновесия) МИП с миоглобином. Проведен обоснованный выбор МИП для изготовления сенсора. разработаны методики модификации графитовых электродов МИП на основе о-фенилендиамина.
2. Планируемые результаты: исследование аналитических характеристик сенсоров на основе МИП с использованием калибровочных растворов миоглобина в водных буферных растворах, в сыворотке, в плазме здоровых донор и больных инфарктом миокарда; разработка лабораторного регламента изготовления экспериментального образца сенсорной системы; разработка программы и методики испытаний экспериментального образца сенсорной системы.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе, обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты. Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96. Должны быть выбраны условия получения МИП, а именно, подобраны соответвующие мономеры, соотношение мономер/темплат (миоглобин), температура, количество циклов электрополимеризации, оптимальный диапазон потенциалов электрополимеризации. Разработана методика оценки биосовместимости полученного МИП и миоглобина на основе анализа спектральных характеристик комплекса миоглобин/полимер. Разработана методика модификации графитовых электродов и электродов, модифицированных углеродными нанотрубками. МИП. Разработана методика определения концентрации миоглобина с помощью разработанной электрохимической сенсорной системы в биообразцах. Будут разработаны и изготовлены экспериментальные образцы (ЭО) электрохимической сенсорной системы для определения концентрации миоглобина в плазме крови.
2. С помощью разработанных методик получены полимеры с молекулярными отпечатками (МИП) для прямой электрохимической регистрации миоглобина в различных образцах и калибровочных растворах. Описанные в литературе подходы основаны на регистрации целевых белков с помощью спектроскопии электрохимического импеданса, или по регистрации электрохимических параметров внешнего электролита (феррицианида калия), Результаты, полученные в проекте, опубликованы в статьях:
1. В.В. Шумянцева, Т.В. Булко, Е.В. Супрун, А.В. Кузиков, Л.Е. Агафонова, А.И. Арчаков. Электрохимические методы в биомедицинских исследованиях. Биомедицинская химия, 2015, 61, вып. 2, с. 185-204.
1а. V. V. Shumyantseva, T. V. Bulko, E. V. Suprun, A. V. Kuzikov, L. E. Agafonovaa, and A. I. Archakov, Electrochemical Methods in Biomedical Studies. Biochemistry (Moscow) Supplement Series B: Biomedical Chemistry, 2015, Vol. 9, No. 3, pp. 228–243.
2. В. В. Шумянцева, Т. В. Булко, Л. В. Сиголаева, А. В. Кузиков, М. А. Шатская, А. И. Арчаков. Электросинтез и характеристика связывающей способности молекулярно импринтированного поли-о-фенилендиамина в качестве аналога антител при электроанализе миоглобина. ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 464, №1, 111-114. (IF 0. 434) doi: 10.7868/S086956521525026X.
2а. V. V. Shumyantseva, T. V. Bulko, L. V. Sigolaeva, A. V. Kuzikov, M. A. Shatskaya, A. I. Archakov. Electrosynthesis and Binding Properties of Molecularly Imprinted Poly-o-Phenylenediamine as Artificial Antibodies for Electroanalysis of Myoglobin. Doklady Biochemistry and Biophysics, 2015, Vol. 464, pp. 275–278
3. В.В. Шумянцева, Т.В. Булко, И. Х. Байчоров, А.И. Арчаков, Полимерные антитела (МИП) в электроанализе белков. Биомедицинская химия, 2015, 61, вып. 3, с. 325-331
3. Результаты проекта находятся на мировом уровне, о чем свидетельствуют публикации авторов проекта. Полученные при помощи электрополимеризации молекулярно импринтированные полимеры на основе о-фенилендиамина проявили свойства аналогов антител с равновесной константой диссоциации Кд для процесса взаимодействия миоглобина с МИП-электродами (2,4±0,5)10-8 М. Константа диссоциации антиген – IgG антитела имеет диапазон 10-8 М ÷ 10-10 М. Полученные МИП-аналоги антител к миоглобину сравнимы по аффинности с природными антителами. Электроды, модифицированные МИП на основе о-фенилендиамина, могут быть использованы для анализа миоглобина в биологических пробах: сыворотке и плазме крови.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В отличие от описанных ранее работ по созданию сенсорных систем для определения различных биомаркеров, субстратов и ингибиторов ферментов, в данном проекте используются в качестве сенсорных элементов не природные, а синтетические материалы, характеризующиеся более высокой стабильностью и относительно низкой стоимостью, а также удобством применения при массовом производстве сенсоров. Сенсорная система на основе синтетического биораспознающего материала (МИП) для определения концентрации миоглобина в биообразце имеет передел обнаружения, соответствующий физиологическому уровню данного белка в организме человека (биообразце): диапазон определяемых концентраций 10 нМ÷10 мкМ. МИП-сенсоры могут быть использованы как альтернатива иммуносенсорам.

Текущие результаты проекта:
Цель данной работы заключалась в электросинтезе молекулярно импринтированного поли-о-фенилендиамина. Полученная система была использована в качестве полимерного аналога антител для специфического связывания миоглобина как потенциального кардиомаркера при остром инфаркте миокарда. Методом электрополимеризации синтезирован молекулярно импринтированный поли-о-фенилендиамин с темплатными молекулами миоглобина. Прирост массы пленки контролировали также методом микрогравиметрии с мониторингом диссипации (QCM-D, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring Q-Sense E1). Оптимизация процесса электрополимеризации позволила найти соотношение ФДА/миоглобин = 10/1, при котором наблюдается максимальное различие масс пленок МИП/НИП = 5, которое было использовано в дальнейшем для анализа связывания миоглобина с МИП и оценки распознавательной способности полимера по отношению к миоглобину. Анализ миоглобина проводили прямой электрохимической регистрацией пика восстановления Fe+3 гемопротеина в диапазоне потенциалов -0,4 ÷-0,6 В методом квадратно-волновой вольтамперометрии. По данным электрохимического анализа, МИП поверхности обладали заметно большей способностью к связыванию белка, чем поверхности, синтезированные в тех же условиях, но без темплатного миоглобина (поверхности немолекулярно импринтированного полимера, НИП поверхности): фактор импринтинга Imax(MИП)/Imax(НИП) составил 2÷4. Равновесная константа диссоциации Кд для процесса взаимодействия миоглобина с МИП электродами составила (2,4±0,5)10-8 М. Нижний предел обнаружения миоглобина МИП-сенсором составил 0,510-9 М, диапазон определяемых концентраций 10-9÷10-5 М.