Диагностика с помощью квантовых точек позволяет точно определить биологические объекты

Патент «Способ создания аналитической метки на основе многослойных халькогенидных квантовых точек, покрытых полимером, с полноразмерными антителами» получен группой сотрудников кафедры химии, новых технологий и материалов Государственного университета «Дубна» под руководством доктора химических наук, профессора Павла Гладышева и кандидата химических наук, доцента Елены Грибовой.

Для детектирования биомаркеров в биологических жидкостях оптическими методами необходимо, чтобы биообъекты были помечены окрашенной или флуоресцентной меткой. При этом ориентация антител является одним из ключевых факторов, определяющих чувствительность и предел обнаружения создаваемых иммунохроматографических тест-систем.

Разработанная методика заключается в получении водорастворимых квантовых точек и последующей модификации их поверхности для создания условий, способствующих ориентированному связыванию с белковыми молекулами.

Изобретение может применяться в биомедицине и позволит качественно и количественно определять маркеры заболеваний в биологических жидкостях — например, в крови.

Системы можно использовать для создания экспресс-тестов, которые точно определяют содержание различных веществ, в медицине, промышленности, ветеринарии и фармацевтике. Например, тест-полоски для раннего выявления коронавируса. Изобретение протестировано на иммунохроматографических тестах для обнаружения вируса болезни Ауески.

Старший преподаватель кафедры химии, новых технологий и материалов Сагила Новикова отмечает: «Несмотря на простоту применения аналитических меток в различных тест-системах, механизм взаимодействия метки с антителами и другими биообъектами достаточно сложен и включает ряд специфических процессов, которые требуют детального изучения. Наша разработка позволит увеличить чувствительность определения за счет правильного ориентирования антител на аналитической метке почти в два раза. Тогда можно будет диагностировать болезнь на раннем этапе развития».

Работа над патентом выполнена в рамках проекта «Разработка методики проведения ориентированной конъюгации наночастиц с биомолекулами» по программе УМНИК аспиранта кафедры химии, новых технологий и материалов Государственного университета «Дубна» Евгения Сидорова совместно со старшими преподавателями кафедры Сагилой Новиковой и Ириной Мухиной.

Обладателем исключительного права на изобретение является Государственный университет «Дубна».

Группа ученых университета под руководством Павла Гладышева уже получила госзадание на проведение исследований по использованию борсодержащих квантовых точек для диагностики и терапии злокачественных опухолей. Научная работа в этой области активно продолжается.

Елена Грибова, к. х. н., доцент, кафедра химии, новых технологий и материалов Государственного университета «Дубна», ответила на вопросы «Ъ-Науки»:

— Расскажите, пожалуйста, как именно осуществляется модификация поверхности квантовых точек?

— Покрытие поверхности квантовых точек осуществляется путем образования ковалентной связи между квантовой точкой и полимерным соединением. Следует отметить, что модификация поверхности позволяет увеличить коллоидную стабильность, потенциально снизить токсичность квантовых точек, а также ввести на поверхность функциональные группы, необходимые для их дальнейшей конъюгации с белковыми молекулами.

Конъюгация квантовых точек с белковыми молекулами осуществляется карбодиимид-сукцинимидным методом с некоторыми модификациями. На первом этапе происходят электростатические взаимодействия между квантовой точкой и антителами, определяющие их ориентацию на поверхности. На втором этапе происходит образование прочной ковалентной связи между квантовой точкой и антителами. При этом сайты для связывания антигенов остаются пространственно доступными для взаимодействия, что определяет улучшение аналитических характеристик иммунохроматографических тест-систем, создаваемых с использованием конъюгатов, полученных по данной методике.

— Из каких элементов состоит каждая метка? Что она представляет собой?

— Квантовые точки представляют собой нанокристаллы теллурида кадмия с дополнительными полупроводниковыми слоями сульфида кадмия и сульфида цинка. Наличие данных оболочек на поверхности квантовых точек позволяет сдвинуть полосы испускания флуоресценции в ближнюю инфракрасную область спектра, что позволяет использовать их в качестве флуоресцентных аналитических меток в тест-системах.

— Метки не токсичны для живых организмов?

— Данные метки токсичны для живых организмов ввиду наличия тяжелых металлов в их составе, что ограничивает их применение в качестве флуоресцентных маркеров in vivo. Однако возможно использование халькогенидных квантовых точек в качестве аналитических меток in vitro, например, в иммунохроматографических тест-системах. Слой сульфида цинка и полимерная оболочка на поверхности квантовых точек позволяют защитить белковые молекулы от изменения нативной конформации и потери их биологических функций.

Подготовлено при поддержке Минобрнауки