Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новых материалов на основе соединений РЗЭ, содержащих реакционноспособные группы для получения люминесцентных бионаноконьюгатов

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
комплексы редкоземельных элементов; люминесценция; полициклические ароматические соединения; гетероциклические соединения; новые материалы; наноалмазы; биовизуализация; иммунофлуоресцентный анализ

Цель проекта:
Проект направлен на разработку новых бионаноконьюгатов для использования во флуоресцентном анализе, обладающих более высокими потребительскими свойствами: меньшей стоимостью, высокой чувствительностью, мультиплексностью, большей стабильностью, за счет использования новых патентно-чистых люминофоров на основе ионов РЗЭ и антител. Для достижения этой цели предполагается решать ряд задач, в том числе, создать новые люминесцентные красителей на основе комплексов ионов РЗЭ с полидентатными лигандами на основе гетероциклических соединений, для чего необходимо разработать и синтезировать в необходимых количествах соединения, способные координировать ионы РЗЭ в полости лиганда и осуществлять эффективную передачу возбуждения с лиганда на ион металла, чтобы далее синтезировать и испытать комплексы на их основе. Для получения наноконьюгатов необходимо разработать методы модификации наноалмазов, испытать их свойства и в дальнейшем внедрить в их состав комплексы и разработать новые бионаноконьюгаты.

Основные планируемые результаты проекта:
Разработка новых типов лигандов, обладающих способностью связывать ионы 4f-элементов и осуществлять эффективную передачу возбуждения с лиганда на ион металла: гетероциклическим фрагментом и удерживающими группами, отвечающими за удерживание иона металла в непосредственной близости от гетероциклического фрагмента.
На основании таких лигандов, синтез и исследование комплексов с ионами f-элементов, способными испускать излучение в видимой области, такими как: самарий, диспрозий, тербий и европий.
Разработка методов модификации детонационных и HPHT-наноалмазов с целью придания им способности связывать синтезированные комплексы.
Разработка бионаноконьюгатов на основе модифицированных наноалмазов и комплексов ионов лантаноидов для использования в иммунофлуоресцентноманализе, а также других люминесцентных методах биодиагностики.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Основными объектами ПНИ являются комплексы ионов РЗЭ с полигетероциклическими ароматическими соединениями, пригодные для создания бионаноконьюгатов для иммунофлуоресцентного анализа патогенов, онкомаркеров, гормонов, и других диагностических мишеней, а также биовизуализации, а также сами бионаноконьюгаты типа краситель-антитело для целей проведения указанных анализов.
Для достижения поставленного результата применены новые методы и подходы заключающиеся в следующем:
- использование фосфорсодержащих органических гетероциклических лигандов для связывания иона лантаноида. Ранее для связывания ионов лантаноидов применялись карбоксилатные лиганды, однако известно, что связывание фосфорорганических соединений с f-элементами прочнее, чем с производными карбоновых кислот.
- дизайн наноконьюгатов на основе модифицированных наноалмазов и ионов РЗЭ и их комплексов. Ранее использование наноалмазов фокусировалось на применении собственной флуоресценции этих наночастиц, которая характеризуется нестабильностью во времени. мы предлагаем использовать люминесцирующие комплексы лантаноидов для нанесения на поверхность наночастицы, чтобы воспользоваться хорошо разработанными методами модификации наночастиц и модификации биомолекул наночастицами для целей терагностики.
Использование двух указанных подходов по нашему мнению обеспечит достижение ожидаемых результатов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основной областью применения получаемых материалов является медицинская диагностика, и существенную долю рынка составляют прямые продажи красителей для лабораторного использования. В настоящее время тест-системы производятся в России компаниями "Интерлабсервис", "Вектор-Бест" и "Литех". Основными игроками на международном рынке являются фирмы-производители оборудования: Abbott (США), Biomerieux (Франция), BioRad (США), Sysmex Corporation (Япония). Это делает рынок чрезвычайно уязвимым к любым торговым ограничениям, накладываемым странами-экспортерами. Вытеснить импортные аналоги соответствующими реагентами и готовыми тест-системами можно за счет более низкой цены с одновременным сохранением или улучшением метрологических характеристик при условии совместимости наших реагентов со стандартными, уже продающимися на рынке образцами считывающего оборудования.
Дополнительно, при проведении работ выяснились дополнительные области применения разрабатываемой продукции. Разрабатываемые гетероциклические производные могут представлять интерес как реагенты для выделения ионов РЗЭ из концентратов, что может быть протестировано в дальнейшем. Кроме того, наноалмазы, которые были предложены в качестве гибридного носителя для нанесения фосфоресцирующих красителей и связывания биомолекул, являются биорелевантными переносчиками и других красителей и могут представлять интерес для косметологии.
Внедрение дешевых отечественных тест-систем приведет к улучшению качества оказания медицинской помощи, а следовательно снижению смирности и повышению качества жизни людей. Дополнительно, применение новых разработанных тест-систем на основе времяразрешенного иммунофлуоресцентного анализа позволит повысить точность диагностики, особенно в части ложноположительных и ложноотрицательных анализов, что приведет к улучшению диагностики на ранних стадиях заболевания за счет снижения ложноотрицательных анализов, и снижению стоимости лечения при уменьшении доли ложноположительных.

Текущие результаты проекта:
Были проведены анализ современной научно-технической литературы и патентные исследования. В результате были найдены наиболее интересные и перспективные модели для получения бионаноконьюгатов в виде фосфоресцирующих комплексов ионов РЗЭ (с полидентатными гетероциклическими лигандами и фосфорорганическими связывающими группами, которые будут нанесены на поверхность наноалмазов, которые послужат для модификации антител. Были разработаны новые методы синтеза и разработаны лабораторные методики для синтеза семи типов лигандов, отобранных на данном этапе исследования и синтезированы 26 образцов новых лигандов. Строение полученных образцов подтверждено физико-химическими методами анализа, а чистота подтверждена данными элементного анализа и независимо данными хромато-масспектрометрического анализа, проведенными Индустриальным партнером. Для предложенных лигандов была разработана программа и методики испытаний. Были проведены закупки необходимых реагентов для проведения испытаний и последующего синтеза комплексов.
Проведены испытания образцов полученных лигандов. Сульфированные производные обладают хорошей растворимостью в воде, все лиганды растворяются в водно-органических смесях. рКа лигандов составляет 15-16. Измеренные lgK всех комплексов с лантаноидами для большинства лигандов выше 5, а для некоторых больше 7, но в водно- органических смесях lgK падает до 4. После завершения испытаний будут отобраны перспективные образцы соединений для последующей наработки и модификации. Разработан метод синтеза нового типа лигандов – тиофен-содержащего порфиразина – который будет переметаллирован ионами РЗЭ. По результатам работы опубликованы три статьи в журналах Dyes and Pigments, Proceedings of SPIE и Известия АН, Серия химическая. Разработаны методы синтеза комплексов РЗЭ. Синтезированы образцы новых комплексов. Проводится отработка методов исследования этих соединений для испытаний. Для разработки методов модификации наноалмазов проведен обзор литературы. Проведена разработка методов синтеза этих объектов и проведены их исследования.
В результате на данный момент найдены наиболее интересные и перспективные модели для получения бионаноконьюгатов в виде фосфоресцирующих комплексов ионов РЗЭ (с полидентатными гетероциклическими лигандами и фосфорорганическими связывающими группами, которые будут нанесены на поверхность наноалмазов, которые послужат для модификации антител.
Синтезированные образцы комплексов лантаноидов исследованы комплексом современных методов физико-химического анализа. Исследована структура соединений в кристалле и строение в растворах. Показано, что для большинства изучаемых соединений, структура в кристалле сохраняется и при их растворении в полярных органических растворителях. Проведены испытания синтезированных комплексов по разработанной программе и методикам испытаний. Показано, что практически все изученные комплексы европия обладают заметной люминесценцией в характерной области 618 нм. Для ионов самария, тербия и диспрозия найдены лиганды, обеспечивающие эффективную люминесценцию комплексов. Измерены времена жизни люминесценции в различных состояниях и при различных температурах. Получены образцы наноалмазов, покрытые слоями аморфного кремнезема различной толщины. Разработана программа и методики испытаний полученных наноалмазов для определения их свойств: размера, люминесенции, поглощения.