Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка прототипа прибора для высокоспецифичной детекции биомаркеров на кварцевом резонаторе.

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
аппаратно-программный комплекс, кварцевый кристалл, детекция, биомаркер, специфичность, чувствительность, метод измерения силы разрыва связи на кварцевом кристалле, картридж, белок, нуклеиновая кислота

Цель проекта:
Одной из ключевых задач научных исследований в области геномики, протеомики и молекулярной диагностики является выявление специфических молекул (биомаркеров различной природы) в биологических образцах с высокой специфичностью и чувствительностью. Целью реализуемого проекта является разработка и апробация прототипа аппаратно-программного комплекса (АПК), выполненного в формате прибора со сменными картриджами, применение которого позволяет проводить высоко специфичную и чувствительную детекцию целевых биомаркеров (белков и нуклеиновых кислот) с помощью метода выявления разрыва связи на кварцевом кристалле и, таким образом, повысить уровень (качество) научных исследований в области геномики, протеомики и молекулярная диагностики.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения данного ПНИЭР ожидается получение следующих результатов:
1. Будут разработаны методы иммобилизации белковых молекул и нуклеотидных зондов на поверхность кварцевого кристалла, которые позволят исследователю самостоятельно создавать картридж с кварцевым кристаллом с иммобилизованными на его поверхности специализированными агентами для детекции интересующих биомаркеров.
2. Будет разработано принципиальное техническое решение АПК и дизайн картриджа с кварцевым кристаллом, которые позволят создавать АПК в формате пьезоэлектрического биосенсора для безметочного анализа молекулярных взаимодействий в рамках лабораторных исследований.
3. Будет создан экспериментальный образец АПК, который будет состоять из: а) детектирующего модуля; б) адаптера для картриджа, в) программного обеспечения; г) картриджей с кварцевым кристаллом с иммобилизованными на его поверхности специализированными агентами для детекции антигена р24 ВИЧ-1; д) картриджей с кварцевым кристаллом с иммобилизованными на его поверхности специализированными агентами для детекции маркеров немелкоклеточного рака легкого. Созданный АПК позволит с высокой чувствительностью и специфичностью выявлять антиген р24 ВИЧ-1 и маркеры немелкоклеточного рака легкого в модельных растворах и биологических образцах.
4. Будет разработан проект инструкции по применению АПК, с использованием которой исследователи смогут проводить безметочный анализ молекулярных взаимодействий связей типа «белок-белок» и «нуклеиновая кислота-нуклеиновая кислота» и осуществлять высокоспецифичную и высокочувствительную детекцию биомаркеров в модельных растворах и биологических образцах.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Экспериментальный образец аппаратно-программного комплекса будет состоять из детектирующего модуля, адаптера для картриджа, программного обеспечения, картриджей с кварцевым кристаллом с иммобилизованными на его поверхности специализированными агентами для детекции: антигена р24 ВИЧ-1 и маркеров немелкоклеточного рака легкого. Созданный АПК позволит выявлять антиген р24 ВИЧ-1 и маркеры немелкоклеточного рака легкого в модельных растворах и биологических образцах.
Разрабатываемый АПК будет характеризоваться рядом преимуществ по сравнению с аналогичными приборами:
1) высокая чувствительность и специфичность (за счет уникального метода выявления разрыва связи на кварцевом кристалле, лежащего в основе принципа действия АПК);
2) экономичность (отсутствие необходимости в использовании меченных конъюгатов);
3) универсальность (возможность проводить анализ взаимодействий типа «белок-белок» и «нуклеиновая кислота-нуклеиновая кислота» за счет наличия картриджей двух типов).

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основной областью применения разрабатываемого АПК являются научные исследования, направленные на выявление и изучение «белок-белковых» и «ДНК-ДНК» взаимодействий различных типов. Дополнительными областями применения разрабатываемого АПК являются: разработка новых методов экспресс-диагностики и разработка высокопроизводительных анализаторов для диагностики жизненно важных маркеров в биологических жидкостях человека.
Практическое внедрение разрабатываемого АПК в области научных исследований позволит пользователям получать уникальный набор данных о «белок-белковых» и «ДНК-ДНК» взаимодействиях без использования других приборов и методов анализа. Результаты, получаемые с использованием данного АПК, будут содержать данные обо всем спектре молекул, связывающихся с поверхностью кристалла, а также о силе связи этих молекул с поверхностью кристалла. Такой набор данных в настоящее время не предоставляет ни один из существующих методов анализа.
Практическое внедрения АПК в области разработки средств медицинской диагностики позволит создать прибор, обладающий возможностью физически отделять неспецифически связанные молекулы от специфически связанных, и вывести выявление маркеров инфекционных заболеваний, онкомаркеров, гормонов на принципиальной новый уровень.
АПК может быть использован для создания двух видов продуктов: портативные приборы для выявления интересующих молекул в полевых условиях; детектирующий модуль с картриджами в высокопроизводительных приборах для массового скрининга населения на маркеры инфекционных и онкозаболеваний.

Текущие результаты проекта:
Результаты работ, выполняемых за счет средств субсидии:
1) В результате выполнения работ по этапу 1 был подготовлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему выявления специфических молекул (биомаркеров различной природы) в биологических образцах с высокой специфичностью и чувствительностью (работы по п. 1.1 Плана-графика).
2) Проведен выбор и обоснование направления исследований, разработаны вариантов возможных технических решений задач ПНИЭР и проведена их сравнительная оценка. Проведен выбор и обоснование оптимальных вариантов и методов решения поставленных в ПНИЭР задач (работы по п. 1.2 Плана-графика).
3) Разработаны принципиальные технические решения составных частей картриджа: ячейки для внесения образца, микрофлюидной системы каналов, ячейки для фиксации кварцевого кристалла, подведения контактов к кварцевому кристаллу (работы по пп. 1.4-1.8 Плана-графика). Разработка варианты специализированных агентов для модификации кварцевых кристаллов в составе картриджей.
В настоящий момент проводятся патентные исследования в предметной области проекта, а также работы по разработке принципиальных технических решений конструкции детектирующего модуля и адаптера для картриджа; разработке технических требований на разработку программного обеспечения АПК; разработке принципиального технического решения АПК.
Результаты работ, выполняемых за счет внебюджетных средств.
За счет внебюджетных средств в настоящий момент проводится материально-техническое обеспечение работ, маркетинговое исследование рынка устройств для детекции биомаркеров и разрабатываются технические требования на разработку АПК для высокоспецифичной детекции биомаркеров на кварцевом резонаторе (работы по пп. 1.13-1.15 Плана-графика).