КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 17-75-10065

НазваниеВысокотехнологичные методы для персонализированной in situ диагностики меланомы с помощью нанокапилярных сенсоров.

Руководитель Ерофеев Александр Сергеевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-109 - Клиническая лабораторная диагностика и нанотехнологии в медицине

Ключевые слова Наносенсоры, метаболиты, меланома, активные формы кислорода, внеклеточный уровень pH

Код ГРНТИ76.03.29

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Меланома одна из наиболее опасных злокачественных опухолей человека, часто рецидивирующая и метастазирующая практически во все органы, преимущественно локализуется в коже. Особенностью меланомы является слабая ответная реакция организма или её отсутствие, из-за чего зачастую опухоль стремительно прогрессирует. Меланома является наиболее опасным видом рака кожи. По данным отчета о раковых заболеваниях за 2014 год в глобальном масштабе меланома была диагностирована у 232 000 человек и привела к смерти 55 000 человек [World Cancer Report 2014.. World Health Organization. 2014. pp. Chapter 5.14.]. Как правило, при доступной локализации лечение заключается в хирургическом удалении опухоли. При метастазирующих стадиях меланомы применяют иммунотерапию, биологическую терапию, лучевую терапию или химиотерапию, что приводит к улучшению выживаемости [Melanoma Treatment–for health professionals (PDQ). National Cancer Institute. June 26, 2015]. Большинство пациентов излечиваются при диагностике на ранних стадиях. При лечении пятилетние показатели выживаемости в Соединенных Штатах составляют 98% среди лиц с локализованным заболеванием и 17% среди пациентов с метастазируемыми стадиями меланомы [SEER Stat Fact Sheets: Melanoma of the Skin. NCI. Retrieved June 2015.]. В РФ стандартизированный показатель смертности составил 2,23 человека на 100000 населения. Вероятность того, что рак рецидивирует или распространится, зависит от толщины меланомы, скорости деления клеток и т.д.. [World Cancer Report 2014.. World Health Organization. 2014. pp. Chapter 5.14.]. Диагностика на ранних стадиях является ключевым фактором при терапии меланомы, а так же влияет на выживаемость пациентов. На данный момент окончательный диагноз меланомы может быть установлен только после гистологического исследования, проведённого после тотального удаления невуса (опухоли) с достаточным захватом здоровых тканей. В частности, определяется глубина прорастания опухоли, по которой определяется стадии меланомы по Бреслоу. Использование существующих неинвазивных методов, таких как МРТ и КТ, затруднено на ранних стадиях в виду расположения опухолевой ткани на границе фаз (на коже). Ведущие мировые группы предпринимают попытки по созданию селективных сенсоров для диагностики меланомы, большинство из них предполагают использование дорогостоящего оборудования, которое не является доступным для многих медицинских учреждений, а также наличие специализированного персонала [Advanced Biomedical Engineering 5: 111–117, 2016; Sensors 2016, 16(10), 1659; Nature Biotechnology 32, 490–495 (2014)]. Существует острая необходимость в разработке малоинвазивных высокотехнологических методов для быстрой персонализированной диагностики меланомы. Создание высокоселективных и чувствительных сенсоров, способных проводить непрерывный качественный и количественный анализ веществ в образцах в режиме реального времени, важно для развития современных экспресс-методов лабораторной и клинической диагностики меланомы. Одно из перспективных развитий электрохимических методов связано с уменьшением размеров электродов и разработкой методов локального измерения концентраций анализируемого вещества непосредственно у источника происхождения (внутри живых тканей, вблизи клеточных мембран, внутри клеток и т.д.). Известно, что клетки меланомы в отличие от здоровых меланоцитов характеризуются пониженным внеклеточным pH и повышенным уровнем АФК [Expert Rev. Anticancer Ther. 2008, 8, 1751–1757.]. Дифференцировка здоровых и раковых клеток может однозначно проводиться по определению уровня данных метаболитов. Основной целью проекта является разработка наносенсоров для in situ определения метаболитов опухолевой ткани для персонализированной диагностики меланомы. В ходе проекта предполагается разработка нанозондов на основе кварцевых капилляров (10-100 нм) для определения активных форм кислорода и уровня pH для проведения внутри- и внеклеточных измерений в тканях. При изготовлении зондов используются кварцевые для «пэтч-клампа», которые получаются воспроизводимым образом из кварцевых трубок размером 1 мм путем вытяжки на программируемом лазерном пуллере. Ранее коллективу исполнителей удалось создать технологию производства воспроизводимых углеродных нанозондов на основе кварцевых нанокапилляров, путем заполнение пиролитическим углеродом при помощи термической декомпозиции смеси бутана/пропана. Нами была продемонстрирована возможность функционализации таких углеродных наноэлектродов платиной. Валидация электродов была апробирована при определении АФК внутри клеток меланомы и уровня кислорода вблизи живых и мертвых тканей мозга [ACS Nano, 2014, 8 (1), pp 875–884]. В ходе проекта планируется модификация данных зондов для проведения электрохимических измерений в тканях in situ. В зонд будет интегрирован как электрод сравнения так и электромагнитное экранирование для возможности измерения токов порядка 1-10 пА. Также в ходе выполнения проекта необходимо будет решить вопрос по увеличению жесткости конструкции зонда для осуществления многократного ввода в ткань для осуществления 3D картирования области опухолевой ткани. В основе создания pH-сенсоров на основе капилляров лежит принцип изменения заряда модифицированной поверхности нанокапилляра при изменении pH [Nano Lett., 2016, 16 (2), pp 1194–1200]. Нами были проведены предварительные эксперименты по созданию стабильных в широком диапазоне (3,00-10,00 pH) чувствительных pH сенсоров, путем создания тонкой мембраны на конце нанокпилляра из смеси глутарового альдегида, поли-L- лизина и глюкозооксидазы. Разрабатываемые сенсоры за счет своих наноразмеров могут осуществлять 3D зондирование невуса и близлежащих тканей малоинвазивным образом. С помощью таких зондов по уровню метаболитов (АФК, pH и уровень кислорода) будет определяться как латеральное распространение опухоли, так и величина проникновения вглубь, что позволит без операбельно диагностировать стадию меланомы по Бреслоу. Локализация опухоли фиксируется по изменению электрохимического сигнала в результате взаимодействия разрабатываемых сенсоров с метаболитами клеток здоровой и опухолевой ткани. Технология производства таких сенсоров не требует больших затрат, легко воспроизводима [ACS Nano, 2014, 8 (1), pp 875–884], за счет чего возможно одноразовое использование таких зондов. На первом этапе выполнения работ будут разработаны воспроизводимые сенсоры и проведены сравнительные экспериментальные исследования концентрации АФК, pH и уровня кислорода у здоровых и раковых клеток и тканях. На втором этапе выполнения работ будут проведены in vivo исследования по 3D локализации опухолевой ткани у мышей на иммунокомпетентной модели меланома B16. Таким образом в ходе проекта будет исследованы параметры уровня АФК, внеклеточного pH и уровня кислорода на здоровых и раковых клетках и тканях. Будут разработаны нанозонды для in situ определения метаболитов раковой ткани и методика 3D локализации опухолевой ткани in situ, что позволит осуществлять быструю, дешевую персонализированную диагностику стадий меланомы.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---