Разработка высокочувствительных аналитических систем на основе люминесцентных и гибридных наночастиц для экспрессного определения кардиомаркеров в крови

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 20-13-00195

НазваниеРазработка высокочувствительных аналитических систем на основе люминесцентных и гибридных наночастиц для экспрессного определения кардиомаркеров в крови

Руководитель Горячева Ирина Юрьевна, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" , Саратовская обл

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-205 - Аналитическая химия

Ключевые слова клинические анализы, тест-методы, иммунохроматографический анализ, биомодификация, люминесценция, иммуноанализ, квантовые точки, конъюгация, кардиомаркеры

Код ГРНТИ31.19.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Ежегодно в мире от сердечно-сосудистых заболеваний умирает 17 миллионов человек. По данным ВОЗ 80 % преждевременных инфарктов и инсультов может быть предотвращено за счет здорового образа жизни, воздержания от употребления табачных изделий, а так же своевременной диагностики и лечения. В связи с этим важна возможность диагностики сердечной недостаточности еще до проведения инструментального обследования. Оперативная постановка диагноза и своевременное начало лечения позволяют не только сохранить жизнь, здоровье и трудоспособность человека, но и сократить затраты на здравоохранение и последующую реабилитацию. Разработка основ высокотехнологичного здравоохранения и технологий здоровьесбережения находятся в русле Стратегии научно-технологического развития России до 2035 года. В связи с этим разработка эффективных детектирующих систем и их применение для создания высокочувствительных средств экспресс-определения содержания высокоинформативных биомаркеров является актуальной задачей. Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы, заключающейся в создании новых детектирущих систем на основе люминесцентных и гибридных наночастиц с контролируемыми свойствами и подходов к их применению для высокочувствительных средств экспресс-диагностики. Данная проблема важна для аналитической химии и медицинской диагностики. В качестве биомаркеров будут использованы мозговой натрийуретическй пептидный гормон (BNP, МНП) и его N-концевой фрагмент (NT-proBNP, NT-проМНП), являющиеся высокоинформативными маркерами функционального состояния сократительного потенциала сердечной мышцы, который используют при диагностике сердечной недостаточности, в том числе ее ранних стадий. Применение новых подходов, основанных на использовании стабильных в воде коллоидов люминесцентных квантовых точек (КТ) с улучшенными свойствами, модифицированных золотых наночастиц, магнитных наночастиц, наноструктур, содержащих органические люминофоры и комплексы ионов редкоземельных элементов с долгоживущей люминесценцией, позволит разработать комплекс методик экспресс-определения BNP/NT-proBNP в пробах цельной крови с высокой чувствительностью и в широком диапазоне определяемых концентраций. В качестве механизма модуляции люминесцентного сигнала КТ будет использован Ферстеровский резонансный перенос энергии (ФРПЭ, FRET) с участием наночастиц. Научная новизна проекта состоит в проведении комплекса исследований на переднем крае развития науки и техники по направленному синтезу наночастиц с контролируемыми свойствами и их применению при разработке новых форматов клинического анализа. В ходе выполнения проекта будут совмещены достижения нанотехнологии, биохимии, нанобиофотоники с целью создания индикаторных систем для иммунохимических экспресс-методов определения клинически значимых биомаркеров с перспективой применения достигнутых результатов для расширения круга определяемых веществ. Таким образом, реализация проекта позволит вывести на принципиально новый уровень возможности применения люминесцентных меток для повышения чувствительности клинических анализов. В основу проекта ляжет направленная оптимизация пары донор-акцептор энергии ФРПЭ для достижения максимальной чувствительности аналитического сигнала в присутствии целевого аналита и разработка методов высокочувствительной экспресс-диагностики. Идеальный тест для клинической диагностики point-of-care должен быть одностадийным (например, без этапов промывки и разделения), чувствительным (обнаружение низких концентраций, соответствующих клиническому диапазону, либо ниже его), специфическим (распознавание родственных соединений в сложных смесях), быстрым (взаимодействие преимущественно в жидкой фазе и быстрое измерение), воспроизводимым (низкие коэффициенты вариации), стабильным (метки и иммунореганеты должны быть стабильные при хранении и в условиях анализа), простым в использовании (без сложной подготовки), мультиплексным (одновременное измерение нескольких аналитов) и универсальным (универсальный формат, который можно расширить для определения других биомаркеров путем замены иммунореганетов). Этим требованиям отвечают иммунохроматографический анализ и гомогенный анализ на основе модуляции люминесцентных сигналов, в частности, ФРПЭ. В ходе проекта предполагается применение новых оригинальных подходов для: (а) получения КТ (нетоксичных водных коллоидов КТ AgInS2/ZnS с высоким квантовым выходом люминесценции, стабилизированных полимерами и оболочками оксида кремния КТ CdSe/CdS/ZnS, как бинарных так и сплавных) для усиления сигнала сенсора; (б) получения наносистем с гибридными свойствами на основе наночастиц золота (люминесцентные, магнитные свойства); (в) систематической оптимизации пары донор-акцептор ФРПЭ на основе вариации архитектуры полученных наноматериалов и конъюгатов; (г) разработки на основе этих наноматериалов новых аналитических систем, а так же установлении закономерностей их функционирования. Результаты достижимы, поскольку у коллектива проекта существует достаточный научный задел по всем ключевым направлениям «базы» проекта. Авторы имеют подтвержденный успешно выполненными проектами и публикациями в журналах первого квартиля опыт получения люминесцентных наночастиц (полупроводниковые КТ, получаемые методами высокотемпературного и водного синтезов; углеродные наноструктуры, получаемые методом гидротермального синтеза; комплексы редкоземельных элементов с долгоживущей люминесценцией), модификации свойств КТ и других наночастиц, получения гибридных наночастиц и наноструктур, их биоконъюгации и применения в анализе (метка для иммуноанализа, донор для переноса энергии), разработки и валидации новых форматов тест-методов, разработки тест-методов, определения биологически активных соединений различной природы. Это дает авторам проекта преимущество в виде высокой вариабельности исследуемых параметров, возможность оптимизировать каждый этап работ, следовать вновь появляющимся в процессе выполнения проекта мировым тенденциям и предвосхищать их. Авторы имеют большой опыт выполнения научных проектов, в том числе в составе коллабораций, в том числе международных. Успешное выполнение этих проектов, серьезный научный задел, разносторонний бэкграунд, а также высокая публикационная активность подтверждают получение запланированных результатов в полном объеме. Авторы проекта имеют необходимые для выполнения проекта оборудование и инфраструктуру.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Горячева О.А., Пономарева Т.Д., Дрозд Д.Д., Кокорина А.А., Русанова Т.Ю., Мишра П.К., Горячева И.Ю. Heart failure biomarkers BNP and NT-proBNP detection using optical labels TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2022, 146, 116477 (год публикации - 2022)
10.1016/j.trac.2021.116477

2. Кокорина А.А., Ращевская Р.О., Горячева И.Ю. Nets of biotin-derived gold nanoparticles as a label for the C-reactive protein immunoassay Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2021, 413, 27, 6867 – 6875 (год публикации - 2021)
10.1007/s00216-021-03645-5

3. Строкин П.Д., Дрозд Д.Д., Цюпка Д.В., Мошков А.С., Горячева И.Ю. 2-mercaptoethanol and dihydrolipoic acid biligandcoated alloyed quantum dots Proceedings of SPIE, 11845, Saratov Fall Meeting 2020: Optical and Nanotechnologies for Biology and Medicine, 1184517 (год публикации - 2021)
10.1117/12.2590834

4. Дрозд Д.Д., Бызова Н.А., Пиденко П.С., Цюпка Д.В., Строкин П.Д., Жердев А.В., Горячева И.Ю., Дзантиев Б.Б. Luminescent alloyed quantum dots for turn-off enzyme-based assay Analytical Bioanalytical Chemistry, 2022, 414, pages 4471–4480 (год публикации - 2022)
10.1007/s00216-022-04016-4

5. Татьяна С. Пономарева, Анастасия С. Новикова, Даниил Д. Дрозд, Павел Д. Строкин, Ольга А. Горячева, Артем А. Бакал, Ирина Ю. Горячева Evaluation of the influence of the matrix effects of blood and serum on the optical properties of luminescent quantum dots Proc. of SPIE Vol. 12192, Proc. of SPIE Vol. 12192 121920I-5 (год публикации - 2022)
10.1117/12.2626115

6. Пономарева Т.С., Новикова А.С., Абрамова А.М., Горячева О.А., Дрозд Д.Д., Строкин П.Д., Горячева И.Ю. New-Generation Low-Toxic I–III–VI2 Quantum Dots in Chemical Analysis Journal of Analytical Chemistry, 2022, Vol. 77, No. 4, pp. 402–409 (год публикации - 2022)
10.1134/S1061934822040086

7. Горячева О.А., Вегнер К.Д., Соболев А.М., Хойслер И., Гапоник Н., Горячева И.Ю., Реш-Генгер У. Influence of particle architecture on the photoluminescence properties of silica-coated CdSe core/shell quantum dots Analytical Bioanalytical Chemistry, 2022, 414, 4427–4439 (год публикации - 2022)
10.1007/s00216-022-04005-7

8. Podkolodnaya Y.A., Kokorina A.A., Goryacheva I.Y. Approach to the Hydrothermal Synthesis of Silica Nanoparticle/Carbon Nanostructure Luminescent Composites Materials, 2022, 15(23), 8469 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15238469

9. Podkolodnaya Y.A., Kokorina A.A. Goryacheva I.Y. Synthesis and properties of luminescent carbon nanostructures/SiO2 composites 2022 International Conference Laser Optics (ICLO),, 2022, 21955534 (год публикации - 2022)
10.1109/ICLO54117.2022.9840212

10. Цюпка Д.В., Мордовина Е.А., Бакал А.А., Абрамова А.М., Горячева И.Ю. Synthesis and properties of fluorescent folate modified polymer nanoparticles 2022 International Conference Laser Optics (ICLO), 2022, 21955626 (год публикации - 2022)
10.1109/ICLO54117.2022.9840203

11. Дрозд Д.Д., Мошков А.С., Мещерякова С.А., Корнилов Д.А., Горячева О.А. Горячева И.Ю. Development of the alloyed quantum dots luminescence quenching based biosensor systems 2022 International Conference Laser Optics (ICLO), 2022, 21955753 (год публикации - 2022)
10.1109/ICLO54117.2022.9839794

12. Горячева О.А., Кокорина А.А., Подколодная Ю.А., Мишра П.К., Горячева И.Ю. Express test for NT-proBNP competitive detection based on lateral flow immunoassay using silanized fluorescent quantum dots Talanta Open, 7 (2023) 100186 (год публикации - 2023)
10.1016/j.talo.2023.100186

Публикации