Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новых нанозондов для молекулярной визуализации с помощью конъюгатов квантовых точек, флуоресцирующих в инфракрасной области спектра, и однодоменных антител.

Номер контракта: 14.584.21.0012

Руководитель: Набиев Игорь Руфаилович

Должность: Зав. лабораторией нано-биоинженерии.

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
Организация докладчика: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
наномедицина, нанокристаллы, инфракрасный диапазон, однодоменные антитела, диагностика, онкология, нанотоксичность, исследования в животных, функционализация наноматериалов, визуализация опухоли, компактные диагностические зонды, квантовые точки

Цель проекта:
Цель реализуемого проекта. 1. Разработка диагностических нанозондов на основе ориентированных конъюгатов квантовых точек CuInS2/ZnS или Ag2S, флуоресцирующих в оптическом диапазоне 700-1700 нм, и однодоменных антител специфичных к опухолеву маркеру HER2. 2. Применение разработанных диагностических нанозондов для визуализации опухолевых маркеров в культуре клеток и в животных моделях in vivo. Задачи проекта. 1.Синтезировать квантовые точки, флуоресцирующие в инфракрасной области спектра (ИК-КТ), разного химического состава и разработать методики их солюбилизации и стабилизации в водных растворах. 2.Получить биосовместимые ИК-КТ с различной полимерной модификацией поверхности и различными функциональными группами на поверхности. 3.Провести анализ цитотоксичности полученных препаратов ИК-КТ в модельных экспериментах in vitro и in vivo. 4.Получить модифицированные рекомбинантные однодоменные антитела (ОД-АТ), распознающие специфический опухолевый маркер HER2 и изготовить ориентированные конъюгаты ИК-КТ с ОД-АТ – диагностические нанозонды. 5.Исследовать и охарактеризовать полученные нанозонды для визуализации опухолевого маркера HER2 в культурах клеток in vitro. 6.Исследовать и охарактеризовать полученные нанозонды для визуализации опухолевого маркера HER2 на животных моделях in vivo.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Синтезированы квантовые точки флуоресцирующие в инфракрасной области спектра с химическим составом CuInS2/ZnS и Ag2S.
2. Разработаны методики солюбилизации инфракрасных КТ и их стабилизации в водных растворах. В результате применения разработанных методик были получены стабильные водорастворимые ИК-КТ с гидродинамическим диаметром до 20 нм и высоким квантовым выходом фотолюминесценции (48%), содержащие различные функциональные группы, с помощью которых можно произвести конъюгацию ИК-КТ с однодоменными антителами.
3. Получены экспериментальные данные по изучению цитотоксичности в модельных экспериментах in vitro и in vivo панели синтезированных водорастворимых и биосовместимых ИК-КТ, обладающих различными химическими свойствами поверхности и физическими параметрами (химический состав, заряд, свойства поверхности).
4. Разработана методика получения модифицированных рекомбинантных ОД-АТ, специфичных к опухолевому маркеру Her2. Изготовлены необходимые количества высокоочищенных ОД-АТ для их конъюгации с ИК-КТ.
5. Разработана методика ориентированной конъюгации модифицированных рекомбинантных ОД-АТ с ИК-КТ. Изготовлены ориентированные конъюгаты ОД-АТ/ИК-КТ.
В процессе работы по проекту планируются исследования по визуализации опухолевых маркеров на культуре клеток и на животных моделях in vivo с помощью полученного диагностического нанозонда. Дальнейшие планируемые результаты проекта включают в себя разработку методик испытаний и рекомендаций по испытанию нанозондов в культуре опухолевых клеток, экспрессирующих маркер HER2, и в животных моделях in vivo ; разработку СОП по синтезу ИК-КТ ; а также разработку проекта технического задания на проведение ОКР по теме : «Разработка новых нанозондов для молекулярной визуализации с помощью конъюгатов квантовых точек, флуоресцирующих в инфракрасной области спектра, и однодоменных антител».

Полученные результаты послужат основой для внедрения новых нанотехнологических подходов к созданию методов прижизненной визуализации и диагностики опухолевого роста и метастазирования.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом этого проекта являются биосовместимые диагностические нанозонды на основе ориентированных конъюгатов ОД-АТ и ИК-КТ. Созданные нанозонды предназначены для высокочувствительной детекции раковых клеток in vitro и in vivo в иммуногистохимческих исследованиях и прижизненной визуализации опухолей.

По сравнению с существующими на сегодняшний результатами научных исследований, будут разработаны следующие инновационные подходы:
1. Будут созданы диагностические нанозонды, отличающиеся значительным преимуществом в стабильности, чувствительности и эффективности прижизненной детекции и визуализации опухолевых маркеров.
2. Использование ИК-КТ типа CuInS2/ZnS и Ag2S, флюоресцирующих в оптическом диапазоне 700-1200 нм существенно увеличит глубину визуализации опухолей.
3. С помощью специфических ОД-АТ, связанных ориентированно с ИК-КТ будет достигнута высокая специфичность связывания с опухолевыми маркерами в тканях для высокоточной молекулярной визуализации опухолевых очагов.
4. Будет изучена способность полученных диагностических нанозондов с высокой точностью визуализировать раковую опухоль in vivo на ранней стадии развития, а также детектировать отдельные клетки, несущие опухолевый маркер HER2, in vitro.

Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
В процессе работы по созданию диагностических нанозондов на основе ориентированных конъюгатов ИК-КТ и ОД-АТ были синтезированы ИК-КТ и разработаны методы их перевода в водную фазу; проведен анализ цитотоксичности солюбилизированных ИК-КТ in vitro и in vivo ; а также разработаны диагностические нанозонды на основе ИК-КТ и ОД-АТ.
В настоящий момент детекция диссеминированных раковых клеток, раковых опухолей на начальных стадиях роста и метастазов различных локализаций базируется на статистическом определении параметров большого количества паталогически измененных клеток в тестах in vitro, что лимитирует чувствительность детекции. Используя фотостабильные ИК-КТ, можно успешно накапливать специфический оптический сигнал без их фоторазрушения и эффективно визуализировать очаги поражения и метастазы на уровне организма in vivo, значительно снижая сигнал автофлуоресценции биологических тканей. Использование инновационного подхода к высокоориентированному конъюгированию ОД-АТ и ИК-КТ позволит успешно преодолеть существующие ограничения по чувствительности детекции, выйдя на детекцию одиночных и крайне редких раковых клеток. Кроме того, создаваемый подход в дальнейшем поможет детектировать молекулярные профили опухолей в организме in vivo, позволяя осуществлять прижизненную высокочувствительную визуализацию опухолевых очагов и метастазирующих клеток для направленного хирургического вмешательства. При этом, благодаря использованию ИК-КТ, и высокоспецифичных ОД-АТ для получения высокоэффективного диагностического нанозонда компактного размера, будет достигнут качественно новый уровень разрешения при визуализации гетерогенности опухолевых тканей для детекции границ распространения патологического процесса. Для достижения финальных целей проекта, тем не менее, необходим полный анализ функциональной активности полученных нанозондов и их токсичности на клеточном и организменном уровне в модельных экспериментах in vivo и in vitro. Основные риски применения разработанных диагностических нанозондов связаны с их возможной токсичностью in vivo.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанные биосовместимые нанодиагностические зонды нового поколения на основе конъюгатов ИК-КТ, и ОД-АТ, специфических к онкомаркеру HER2, будут предназначены для эффективной дифференциальной лабораторной клинической диагностики и визуализации доброкачественных и злокачественных опухолей и метастазов различной локализации. Предлагаемые нанозонды могут быть эффективно внедрены в клиническую и медицинскую практику для детекции раковых клеток in vitro и in vivo в иммуногистохимческих исследованиях и прижизненной визуализации с целью своевременной дифференциальной диагностики и тестирования различных нозологических форм и стадий заболеваний, выявления процесса метастазирования и успешного хирургического вмешательства.

Возможными потребителями результатов являются медицинские организации, работающие в области исследования и клинической диагностики онкологических заболеваний, а так же организации, занимающиеся биомедицинскими и биологическими исследованиями: РОНЦ им. Н.Н. Блохина, Институт онкологии им. Герцена, НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи, ИБХ им. Шемякина-Овчинникова РАН, предприятия биомедицинского кластера технопарка Сколково, и др.

Полученные результаты позволят разработать фундаментальные принципы создания компактных высокоэффективных диагностических нанозондов нового поколения, применимых в высокочувствительной диагностике и прижизненной визуализации онкомаркеров, опухолевых очагов и метастазирующих клеток при онкологических заболеваниях, а также оценить токсические эффекты высокоориентированных конъюгатов ОД-АТ и ИК-КТ в модельных экспериментах in vivo и in vitro.

Текущие результаты проекта:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной и методической литературы по тематике проекта.
2. Проведены патентные и информационные исследования по тематике проекта.
3. Осуществлен синтез биосовместимых инфракрасных квантовых точек состава CuInS2/ZnS и Ag2S.
4. Разработана методика солюбилизации инфракрасных квантовых точек, полученных от иностранного партнера.
5. Разработана методика стабилизации квантовых точек флюресцирующих в инфракрасном диапазоне в водных растворах.
6. Получены результаты по анализу цитотоксичности солюбилизированных квантовых точек в модельных экспериментах in vitro и in vivo.
7. Разработана методика получения модифицированных рекомбинантных однодоменных антител, специфичных к опухолевому маркеру HER2.
8. Разработана методика ориентированной конъюгации модифицированных рекомбинантных однодоменных антител с квантовыми точками, флуоресцирующими в инфракрасной области.
Коллективом исполнителей со средним возрастом в 34,9 лет опубликована статья в издании, цитируемом в базах данных Scopus и принято участие в двух мероприятиях по демонстрации и популяризации результатов проекта.
Коллективом привлечено 6,811035 млн. руб. внебюджетных средств, использовано в работе две уникальные научные установки, а также центр коллективного пользования НИЯУ МИФИ и инфраструктура Реймского Университета Шампань-Арденн (Франция).