Умный сенсор в семь раз ускорил анализ связей ДНК с наночастицами, которые используются для диагностики
Ученые активно работают над созданием наноматериалов и наночастиц для экспресс-ДНК-диагностики, которые не только ускорят анализ заболеваний, но и позволят создать новые медицинские средства для лечения серьезных болезней. Для решения этих задач в МФТИ разработали уникальный по своим свойствам умный материал. На следующем этапе ученые создали новый оптический биосенсор для анализа кинетики связывания наноматериалов с лигандами — молекулами ДНК. Это поможет быстрее разрабатывать новые медицинские тесты.
Работа опубликована в журнале Molecular Biology. Для разработки интеллектуальных тераностических агентов на основе наноматериалов необходимо знать, как происходит процесс связывания агентов с поверхностью биочипа. Однако оценка этих параметров по-прежнему остается сложной задачей. Для ее решения ученые МФТИ разработали новый биосенсор, способный оптимизировать работу молекулярных маяков на наночастицах. Эти интеллектуальные материалы показали семикратное увеличение скорости адсорбции при переключении молекулярных маяков из состояния «выключено» (без лиганда) в состояние «включено».
«Это исследование является некоторым продолжением предыдущего проекта наших же ученых из МФТИ, которые разработали уникальный “умный” материал на основе явления “молекулярных маяков”. Новый материал позволяет проводить детекцию небольших молекул ДНК с высокой точностью и в небольших количествах, что было затруднительно при использовании более классических подходов. Исследование было опубликовано в ACS Nano.
Наша работа — следующий этап, и была направлена на создание биосенсора, с использованием которого можно отслеживать процесс связывания умных материалов с молекулами ДНК», — рассказала об исследовании Елена Комедчикова, м.н.с. лаборатории биохимических исследований канцерогенеза МФТИ.
В целом для экспресс-ДНК-диагностики ученые часто используют чувствительные к стимулам интеллектуальные материалы, которые активируются входными сигналами и остаются неактивными до их поступления. Подобные материалы представляют большой интерес для анализа биохимических данных.
В процессе работы биофизики из лаборатории нанобиотехнологий МФТИ пришивали молекулу одноцепочечной ДНК одним концом на поверхность наночастиц. ДНК-молекула не имела двухцепочечных областей, образующихся за счет спаривания фрагментов своей же цепи (так называемых «шпилек»). На другой конец нити был пришит рецептор, распознающий маркеры на поверхности клеток, но который в ходе экспериментов не хотел связываться с мишенью. Ученые предположили, что на поверхности наночастицы одноцепочечная нить ДНК «прилипает» и самопроизвольно сворачивается в клубок, в результате чего рецептор «прячется». Гипотеза подтвердилась, когда к такой частице добавили другую небольшую нить ДНК, и рецептор мгновенно «активировался» и связывался с мишенью.
В новом исследовании ученые из Института биофизики будущего МФТИ, Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН и Отделения нанобиомедицины Научно-технического университета «Сириус» обратили внимание на важный показатель — взаимодействие между наночастицами и непосредственно молекулами организма (белками клеточной мембраны, нуклеиновыми кислотами и т.д.), так как эти параметры критичны для адресной доставки. Для оценки кинетики связывания обычно используют методы биосенсорного анализа. Также для моделирования измерений кинетики используют динамическое рассеяние света, флуоресцентную спектроскопию и гигантское магнитосопротивление. Однако все эти подходы имеют свои ограничения.
Для создания более универсального метода биофизики из МФТИ с коллегами разработали безметочный оптический биосенсор на основе спектральной фазовой интерферометрии. Биосенсор позволяет измерять кинетику связывания и может применяться для различных материалов. Важно, что он может функционировать на поверхности обычного покровного стекла с нанесенным биослоем, что избавляет от необходимости использования дополнительных дорогостоящих покрытий.
Биосенсор работает на основе интерференции света и позволяет в реальном времени измерять скорость взаимодействия наночастиц с его поверхностью, детектируя даже очень низкие концентрации ДНК — от 50 пМ.
«В чем основные преимущества нашего биосенсора? Сейчас для анализа ДНК часто используются сложные методы, которые требуют много времени и дорогостоящего оборудования, а наш сенсор позволяет провести быстрый и дешевый метод детекции. Такой анализ может быть востребован как в фундаментальных, так и в клинических исследованиях, особенно для экспресс-диагностики различных патологических заболеваний. Кроме того, результаты этого исследования в будущем помогут разрабатывать более точные и стабильные системы для диагностики», — подчеркнула Елена Комедчикова.
метод может быть использован для разработки новых молекулярных маяков на наночастицах. При связывании с ДНК молекулярные маяки на наночастицах переходят из состояния «выкл» в «вкл», что приводит к семикратному увеличению константы скорости связывания с поверхностью биочипа. В этом исследовании ученые впервые показали, что регистрируемый сигнал активации интеллектуальных наноматериалов может быть измерен не только в конечной точке, но и в виде кинетической кривой на начальном этапе взаимодействия с мишенью (в данном случае с поверхностью биосенсора).
Разработанные молекулярные маяки на наночастицах открывают новые возможности для создания усовершенствованных нанороботов для тераностики благодаря их высокой чувствительности к анализируемым веществам и эффективной работе при физиологической ионной силе. Последнее выгодно отличает их от ранее разработанных наномаячков, которые были эффективны только в растворах с высоким содержанием соли. В будущем разработанный биосенсор можно будет использовать в качестве диагностического инструмента нового поколения.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые РТУ МИРЭА и Сибирского федерального университета создали программный комплекс, который анализирует учебные планы вузов быстрее секунды и находит в них слабые места. Большинство учебных планов содержат скрытые противоречия, дублирования и неочевидные перекосы в подготовке специалистов. Это важно, потому что от качества учебного плана напрямую зависит, какие реальные навыки получат студенты и насколько они будут востребованы работодателями.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно