Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0125

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0125
Тематическое направление
Науки о жизни
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им.А.В.Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук
Название доклада
Разработка прототипа прибора для высокоспецифичной детекции биомаркеров на кварцевом резонаторе
Докладчик
Тронин Андрей Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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 измерения силы разрыва связи на кварцевом кристалле и, таким образом, повысить уровень (качество) научных исследований в области геномики, протеомики и молекулярная диагностики.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Разработать методику оптимальной иммобилизации белковых молекул и нуклеотидных зондов на поверхность кварцевого кристалла.
2. Создать принципиальное техническое решение дизайна картриджа с кварцевым кристаллом с немодифицированной поверхностью.
3. Разработать принципиальное техническое решение прототипа АПК для высокоспецифичной детекции биомаркеров на кварцевом резонаторе.
4. Провести апробацию АПК.
Актуальность и новизна исследования
Одной из ключевых задач научных исследований в области геномики, протеомики и молекулярной диагностики является выявление специфических молекул в биологических образцах с высокой специфичностью и чувствительностью. В настоящее время для решения данной задачи применяются подходы, основанные на методе полимеразной цепной реакции, иммунологические методы анализа, масс-спектрометрический анализ, хроматографический анализ, атомно-силовая микроскопия, метод поверхностного-плазмонного резонанса, активно развивается направление по разработке технологических платформ на основе биосенсоров.
Основным недостатком существующих методов является обратная зависимость между ключевыми показателями эффективности детекции: чувствительностью и специфичностью. При увеличении чувствительности метода наблюдается снижение специфичности и, напротив, увеличение специфичности приводит к снижению чувствительности. Таким образом, сформировалась потребность в разработке принципиально новой платформы на основе технологии, позволяющей обеспечить оптимальный баланс между чувствительностью и специфичностью, одностадийное проведение анализа без использования конъюгатов и дополнительных промывок между стадиями.
В рамках проекта модификация метода выявления разрыва связи на кварцевом кристалле впервые будет применена для разработки прибора для высоко специфичной и чувствительной детекции биомаркеров, который будет успешно использоваться в научно-исследовательских организациях.
Описание исследования

Исследование по разработке АПК для высокоспецифичной детекции биомаркеров на кварцевом резонаторе подразделяется на следующие основные блоки работ: выбор направления исследований, теоретические исследования поставленных задач; экспериментальные исследования поставленных задач; обобщение и оценка результатов исследований. В рамках первого блока работ был проведен современной литературы по тематике проекта, разработаны варианты технических решений составных частей АПК и проведены патентные исследования. В ходе экспериментального этапа исследования были изготовлены макеты картриджей с немодифицированной поверхностью, кварцевых кристаллов, картриджей с кварцевыми кристаллами для детекции антигена р24 ВИЧ-1 и маркеров немелкоклеточного рака легкого, и проведены лабораторные испытания данных макетов. Кроме того, было изготовлено программное обеспечение АПК и проведены его технические испытаний. Для изготовления макетов и проведения лабораторных и технических испытаний были использованы современные методики и подходы, адекватные поставленным задачам.

Промежуточные результаты исследования были опубликованы в профильном рецензируемом научном журнале «Sensors and Actuators B: Chemical», индексируемом в базе данных Web of Science. Результаты, полученные в рамках проекта, были представлены на международной конференции «Химическая биология-2016» и будут продемонстрированы на крупнейшей международной выставке MEDICA-2016 (Дюссельдорф, Германия).

Результаты исследования

В результате проведения исследования были получены следующие промежуточные результаты:

1. Разработан метод иммобилизации белковых молекул на поверхность кварцевого кристалла. Метод детально описан в документе «Лабораторный регламент иммобилизации белков на поверхность кварцевого кристалла» и позволит создать картридж с кварцевым кристаллом с иммобилизованными на его поверхности специализированными агентами белковой природы для детекции интересующих биомаркеров.

2. Разработан метод иммобилизации нуклеотидных зондов на поверхность кварцевого кристалла. Метод детально описан в документе «Лабораторный регламент иммобилизации нуклеотидных зондов на поверхность кварцевого кристалла»  и позволит создать картридж с кварцевым кристаллом с иммобилизованными на его поверхности специализированными агентами нуклеотидной природы для детекции интересующих биомаркеров.

3. Разработаны принципиальные технические решение составных частей АПК: прибора и картриджа с кварцевым кристаллом.

4. Изготовлены макеты прибора, картриджа с кварцевым кристаллом с немодифицированной поверхностью и кварцевых кристаллов с модифицированной поверхностью и проведены лабораторные испытаний макетов. В ходе лабораторных испытаний было подтверждено соответствия макетов требованиям технического задания.

С использованием полученных результатов планируется создать АПК, представляющий собой пьезоэлектрический биосенсор и позволяющий проводить безметочный анализ молекулярных взаимодействий в рамках лабораторных исследований. АПК будет характеризоваться следующими преимуществами по сравнению с аналогичными приборами, представленными на рынке:

1) высокая чувствительность и специфичность (за счет уникального метода выявления разрыва связи на кварцевом кристалле, лежащего в основе принципа действия прибора);

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).

Практическая значимость исследования
Основной областью применения результатов исследований 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 о полном 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.
Презентация

Presentation Dultsev 2016.ppt