Разработка методов синтеза и функционализации флуоресцентных альбуминовых наночастиц, предназначенных для применения в клинической лабораторной диагностике
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук, Пермский край
Период выполнения при поддержке РНФ 2024 г. - 2025 г.
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-109 - Клиническая лабораторная диагностика и нанотехнологии в медицине
Аннотация
Цель проекта - разработка и оптимизация метода синтеза альбуминовых наночастиц, нагруженных флуоресцентными комплексами европия для их последующего применения в гомогенном иммуноанализе.
Синтеза наночастиц будет основан на методе десольватации, который заключается в добавлении к водному раствору бычьего сывороточного альбумина (БСА) спиртового раствора, содержащего ионы европия и органические лиганды, усиливающие флуоресценцию европия.
Ключевой особенностью флуоресценции европия является ее большая длительность (сотни миллисекунд), нехарактерная для большинства органических молекул. Это позволяет отличать флуоресценцию европия от аутофлуоресценции биологических образцов (флуоресценция с временным разрешением), а значит, дает возможно проводить анализы в сложных смесях, содержащих биомолекулы. Именно поэтому мы планируем применить полученные флуоресцентные наночастицы в гомогенном иммуноанализе простатспецифического антигена (ПСА) в сыворотке крови человека.
Принцип анализа будет следующим. Мы будем использовать два типа флуоресцентных наночастиц: одни содержащие европий, вторые - меченные флуоресцентным красителем Cy5. Оба типа наночастиц на своей поверхности будут нести моноклональные антитела против различных эпитопов ПСА. Таким образом, с одной молекулой ПСА одновременно сможет связаться по одной наночастице каждого типа. Ввиду того, что спектр эмиссии европия (максимум в области 615-620 нм) перекрывается с областью возбуждения Cy5, при сближении этих наночастиц будет происходить перенос энергии от комплексов европия на Cy5. Таким образом, при наличии в образце ПСА будет наблюдаться флуоресценция Cy5 (около 670 нм). При отсутствии в образце ПСА сближения наночастиц не произойдет и перенос энергии не будет осуществляться, вследствие чего будет детектироваться лишь флуоресценция европия в области 615-620 нм.
Обычно эффективная дистанция переноса энергии составляет менее 10 нм. Это сопоставимо с размерами одного моноклонального антитела, а мы будем использовать пару таких антител, кроме того, в состав иммунного комплекса будет входить и молекула ПСА. Применение наночастиц позволит существенно увеличить дистанцию переноса энергии флуоресценции (Biswas, D. S. et al. Advanced materials, 2023. e2301402).
Новизна проекта заключается в том, что впервые будут синтезированы методом десольватации и использованы для разработки гомогенного иммуноанализа флуоресцентные наночастицы на основе комплексов европия и альбумина. Несмотря на простоту и высокую эффективность метода десольватации до сих пор не предпринималось попыток инкапсулировать в альбуминовые наночастицы комплексы ионов европия с органическими лигандами.
Ожидаемые результаты
1. По итогам выполнения проекта будут разработаны методы синтеза диагностических реагентов для флуоресцентного анализа. Стратегия синтеза флуоресцентных наночастиц, которая будет использована в этой работе, предполагает инкапсулирование флуоресцентных комплексов европия внутри наночастиц бычьего сывороточного альбумина. Простота предлагаемого подхода позволит сделать применение флуоресценции с временным разрешением более доступным для широкого круга лабораторий. Выбранный для синтеза наночастиц метод десольватации является масштабируемым, воспроизводимым, дает высокие выходы монодисперсных наночастиц, что позволяет надеяться на его практическую применимость.
2. В ходе проведения исследования будет разработана и оптимизирована методика конъюгирования флуоресцентных наночастиц с распознающими молекулами (в том числе моноклональными антителами), то есть будет разработан готовый протокол для создания диагностических реагентов для флуоресцентных иммуноанализов. К таким анализам относятся твердофазные иммуноанализы в 96-луночных планшетах, гомогенные анализы, а также иммунохроматографические экспресс-тесты.
3. Результаты исследования будут иметь ценность не только в области разработки иммуноанализов, но и в медицинской визуализации (биоимаджинге). Альбуминовые наночастицы благодаря своей безопасности используются в системах адресной доставки лекарств (некоторые препараты альбуминовых наночастиц в частности, Абраксан, одобрены для применения в качестве лекарств или же проходят клинические испытания) и визуализации. Уникальные флуоресцентные свойства лантаноидов делают их весьма привлекательными и для этой области биомедицины, благодаря тому, что их применение позволяет существенно снижать фоновый сигнал (аутофлуоресценцию) тканей при in vivo диагностике.
