Наука и технологии России

Вход Регистрация

Российские учёные создают новый тип биомаркеров

Химики МГУ им. М. В. Ломоносова разрабатывают новый тип люминесцентных маркеров, позволяющий с ранее недоступной чувствительностью обнаруживать в биологических материалах человека белковые молекулы (антитела, онкомаркеры, вирусы). В основе маркеров – соединения редкоземельных металлов.

Суть метода заключается в том, что в биологический образец вводят специальное вещество – люминесцентный маркер, содержащий фрагменты, которые избирательно и очень прочно связываются с интересующим исследователей веществом (субстратом), а также фрагменты, способные излучать свет. После «накачки» образца излучением оптического диапазона, регистрируется люминесценция, и по её интенсивности судят о концентрации субстрата.

Данный метод уже внедряется в повседневную медицинскую практику, однако работа над его совершенствованием продолжается. Главное, к чему стремятся здесь исследователи, – повысить селективность связывания маркера именно с нужной биологической молекулой в образце, а также повысить прочность такой связи. Эти требования зачастую противоречат другому – высокому квантовому выходу (данное свойство показывает, какой процент поглощенных фотонов, веществу излучает обратно, но уже на другой длине волны) люминесценции, который необходим для надёжного определения искомого субстрата.

Кроме того, зачастую весьма важно отличать собственное излучение маркера от излучения самого биологического образца, которое бывает достаточно сильным.

Наталия_Борисова
В лаборатории органической химии МГУ создают новые патентно-чистые комплексы редкоземельных элементов для использования их в качестве красителей, позволяющих детектировать разные субстраты в биоматериалах человека

Все эти желательные свойства маркера нужно каким-то образом «примирить» в одном научно-технологическом решении. Обычно учёные, ставящие перед собой такую задачу, ведут речь о создании фосфоресцирующего агента, применимого в технологии времяразрешенного анализа. В большинстве случаев основой такого рода маркером служат органические комплексы редкоземельных металлов. Эти комплексы излучают свет достаточно долго (миллисекунды), в отличие от биологических молекул, которые флуоресцируют – это длится в сотни и тысячи раз короче по времени. Соответственно, после окончания излучения образца можно отдельно зарегистрировать и «чистый» сигнал от маркера.

Цель создать оригинальный и эффективный люминесцентный краситель, который позволял бы чётко детектировать специфические биомолекулы, поставила и группа учёных лаборатории физико-химических методов анализа строения вещества МГУ им. М.В. Ломоносова. Их заявка победила в конкурсе ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» по мероприятию 1.2 (номер проекта 14.604.21.0082) и поддержана на условиях софинансирования компанией «Биотех-Индустрия», заинтересованной в коммерческом внедрении этой разработки.

«Наше дело в масштабах человечества скромное – создание новых патентно-чистых комплексов редкоземельных элементов для использования их в качестве красителей, которые позволяли бы с помощью времяразрешенного иммунофлуоресцентного анализа детектировать разные субстраты, – комментирует один из участников проекта, старший научный сотрудник лаборатории органической химии МГУ Наталия Борисова. – До сих пор создать такой идеальный реагент не удавалось, поскольку мы имеем одновременно требование высокой устойчивости комплекса и высоких квантовых выходов».

Авторы разработки подчёркивают, что речь идет о создании нового класса препаратов, аналогов которым пока нет на фармацевтическом рынке, а характеристики, как минимум, будут не уступать коммерчески доступным веществами или даже превосходить их. Тактика поиска таких веществ учёными уже разработана.

«Во-первых, биологическая молекула должна быть прочно связана с красителем, чтобы не получилось так, что мы ввели реагент, краситель отвязался от молекулы, и в итоге мы детектируем краситель, а не то, что находится в анализируемом растворе, – разъясняет детали работы Наталия Борисова. – Во-вторых, мы знаем, что биологические объекты имеют собственную флуоресценцию, которая, к сожалению, снижает качество анализа. Чтобы устранить эту «паразитную» засветку, мы создаём фосфоресцентные красители, которые сначала поглощают фотон, а испускают его лишь через несколько миллисекунд. Добиться именно такого действия от красителя стало возможно благодаря использованию ионов редкоземельных элементов, люминесценция которых длится относительно долго. При их использовании, впрочем, возникает необходимость решать ещё один сугубо научный вопрос: очень прочно закреплять ионы металлов в молекуле реагента, ведь если они покинут её, то из-за своей токсичности погубят клетку, за которой ведётся наблюдение, или нанесут вред организму».

Опираясь на результаты многолетних исследований, учёные выбрали в качестве объектов четыре редкоземельных элемента – европий, диспрозий, самарий и тербий. Известно, что в определённых случаях их комплексы проявляют длительную и сильную фосфоресценцию. Органическая молекула, связывающая их – лиганд, – будет состоять из полиядерных гетероциклических соединений с фосфорсодержащими группами, обеспечивающими прочность связывания металл-лиганд.

Учёные также разработали подходы к синтезу перспективных лигандов. В настоящее время они ведут работы по корректировке оптических свойств получаемых комплексов. В процессе приходится постоянно дорабатывать и развивать первоначальные замыслы, но ни у кого нет сомнений, что результат оправдает ожидания.

«Это прикладное исследование – замечает Наталия Борисова. – Но для нас, как для исследователей, фундаментальный научный интерес представляют находки, которые будут использованы для будущих работ. Так, в качестве идеального лиганда для люминесцентного материала завтрашнего дня мы рассматриваем весьма популярные сегодня наноалмазы. На их основе тоже можно создать комплекс с редкоземельными элементами, который позволит сочетать хорошие квантовые выходы люминесценции с высоким сродством к биомолекулам. Правда, в идею с алмазами придётся вложить много сил, прежде чем она воплотиться в конкретный проект».

РЕЙТИНГ

4.75
голосов: 4

Обсуждение