Семинар кластера лабораторий нано-биоинженерии и гибридных фотонных наноматериалов НИЯУ МИФИ: наномедицина и диагностика онкозаболеваний

Применение нанотехнологий для разработки более эффективных подходов к диагностике и лечению социально значимых заболеваний является одной из ключевых областей исследований и разработок кластера международных лабораторий нанобиоинженерии (ЛНБИ) и гибридных фотонных наноматериалов (ЛГФН) НИЯУ МИФИ.

На прошедшем 27 марта семинаре сотрудники группы наномедицины ЛНБИ представили два направления этой работы: создание средств адресной доставки противоопухолевых лекарств на основе полимерных микрокапсул и диагностических зондов, использующих эффект безызлучательного резонансного переноса энергии — Förster Resonance Energy Transfer (FRET).

Старший научный сотрудник, канд. фарм. наук Галина Нифонтова рассказала о результатах проекта «Многофункциональные стимул-чувствительные микрокапсулы и нанокристаллы для ранней диагностики и эффективного лечения рака легкого и рака груди», который выполняется в рамках государственного задания на выполнения научно-исследовательских работ НИЯУ МИФИ. Разработанные в рамках проекта полимерные микрокапсулы могут служить как для выявления опухолевых клеток, так и для адресной доставки лекарственных средств. Для этого поверхность микрокапсул делают специфичной для взаимодействия с биомаркерами онкозаболеваний путем связывания с распознающими молекулами (антителами). В полимерные полиэлектролитные оболочки микрокапсул встраивают полупроводниковые квантовые точки, выполняющие функцию флуоресцентных меток, магнитные наночастицы, обеспечивающие доставку капсул в нужное место с использованием магнитного поля, и плазмонные (металлические) наночастицы, позволяющие высвободить содержимое микрокапсул в нужный момент с помощью локального разогрева и разрушения оболочки с использованием внешнего переменного электромагнитного поля.

Представленные на семинаре результаты были недавно опубликованы в престижных международных журналах Frontiers in Chemistry (Nifontova et al., Cancer cell targeting with functionalized quantum dot–encoded polyelectrolyte microcapsules) и Nanoscale Research Letters (Nifontova et al., Bioimaging tools based on polyelectrolyte microcapsules encoded with fluorescent semiconductor nanoparticles: Design and characterization of the fluorescent properties), а также представлены в качестве устных докладов на нескольких престижных международных конференциях.

Научный сотрудник ЛНБИ, канд. биол. наук Ирина Петрова представила сообщение «FRET-sensing и поверхностные моды в фотонных кристаллах». Это направление исследований основано на использовании эффекта безызлучательного резонансного переноса энергии FRET (Förster resonance energy transfer) для детекции биологических объектов, в частности, клеток с маркерами заболеваний, в жидкой пробе. При безызлучательном переносе энергии от поглощающего свет флуорофора (донора) его флуоресценция тушится, а флуоресценция второго флуорофора (акцептора, спектр поглощения которого перекрывается со спектром испускания флуоресценции донора) усиливается. При этом эффект FRET проявляется только на расстояниях между донором и акцептором менее 100 нанометров и обратно, пропорционален шестой степени расстояния между донором и акцептором.

Эти свойства эффекта FRET используются в совместном проекте ЛНБИ и Международного центра фотоники Университета ИТМО «ДИОР». В одной из разработок донором служит квантовая точка, а акцептором — органический краситель AlexaFluor, соединенные с антителами, распознающими разные эпитопы (участки молекулы) одного и того же онкомаркера. Таким образом, при наличии в диагностируемой пробе онкомаркера и взаимодействия с ним антител, связанных с донором и акцептором, они располагаются достаточно близко друг к другу, что обеспечивает эффективный перенос энергии от донора к акцептору и детекцию онкомаркера посредством наблюдения FRET.

Еще одним направлением в новых методах детекции биомолекул и диагностики является детекция поверхностных мод в фотонном кристалле. Подход основан на возбуждении оптической волны в подложке, представляющей собой одномерный фотонный кристалл, способный поддерживать распространение поверхностной оптической волны при лазерном облучении. Массоперенос (взаимодействия) на поверхности фотонного кристалла вызывает изменения в распространении поверхностной волны, что приводит к изменению угла отражения лазерного луча. Таким образом, если «привязать» к поверхности фотонного кристалла распознающие биомаркеры заболевания молекулы, их взаимодействие со своими мишенями позволяет мгновенно, в проточном режиме, детектировать это взаимодействие.

Эксперименты показали, что при использовании многоканальной проточной ячейки можно одновременно детектировать до трех аналитов в растворе с чувствительностью до нескольких пикограммов биомаркера. Есть все основания полагать, что внедрение предлагаемых подходов в медицинскую практику поднимет диагностику и лечение рака на качественно новый уровень.

Контакты:

Старший научный сотрудник, канд. фарм. наук Г.О. Нифонтова (galya.nif@yandex.ru, nifontovago@gmail.com)

Научный сотрудник, канд. биол. наук И.О. Петрова (iopetrova17@gmail.com)

Директор по внешним связям М.Г. Коренкова (MGKorenkova@mephi.ru)

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Лаборатория нано-биоинженерии, 115409 Российская Федерация, Москва, Каширское шоссе, д. 31

www.lnbe.mephi.ru