Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Разработаны прототипы приборов нового поколения для высокочувствительного подсчета магнитных частиц (ПМЧ или англ. MPQ – magnetic particle quantification) на основе нелинейного намагничивания для регистрации, картирования распределения и динамики магнитных нанобиоконъюгатов, в том числе в живом организме. Разработаны индукционные системы, генерирующие магнитные поля на двух частотах в пространственной области, в которой могут располагаться мелкие лабораторные животные. Разработаны низко-шумовые системы, позволяющие выделять сигналы отклика магнитных нанобиоконъюгатов на комбинаторных частотах с высокими чувствительностью и временным разрешением - вплоть до 1 секунды. Разработаны методы создания магнитных бионаноконьюгатов для целей проекта, в том числе биогенных магнитных наночастиц генно-инженерными методами, а также способы их применения для мониторинга мезенхимальных стволовых/стромальных клеток (МСК) в мозге крыс с помощью разработанных MPQ- прототипов и контрастирования магнитно-резонансной томографии (МРТ). Впервые была получена иммортализованная линия клеток МСК человека со стабильной экспрессией индикаторной магнитной метки, регистрируемой с помощью MPQ-прототипов, а также повышением T2-контраста МРТ-изображений. Кроме того, в МСК-клетках генно-инженерными методами был получен зеленый флуоресцентный белок (GFP) для использования в качестве второй, взаимодополняющей оптической метки. Исследование полученных иммортализованных МСК на лабораторных животных in vivo было проведено путем трансплантации в полосатое тело мозга крыс линии Спраг-Доули. Применение двух взаимодополняющих меток (магнитной и оптической) позволяет осуществлять мультимодальную визуализацию стволовых клеток после трансплантации в мозг крыс, а также количественно оценивать биодеградацию с течением времени магнитных нанометок в такой среде, что перспективно для мониторинга терапии на основе мезенхимальных стволовых клеток. С помощью разработанных MPQ-прототипов и биогенных магнитных наночастиц осуществлён мониторинг в кровотоке лабораторных животных быстро делящихся раковых клеток. Выявлены преимущества и ограничения мониторинга раковых клеток, моделирующих агрессивную глиобластому мультиформную (ГБМ), характеризующуюся чрезвычайно агрессивным размножением клеток. Поскольку глиома C6 у крыс считается золотым стандартом благодаря своей способности имитировать характеристики глиобластом человека, была получена клеточная линия глиомы крысы C6 с экспрессией красного флуоресцентного белка (RFP) и биогенными магнитными метками. В результате in vivo исследований на мышах с тяжелым комбинированным иммунодефицитом модель мультиформной глиобластомы была существенно улучшена, и продемонстрированы новые возможности магнитных методов изучения ГБМ. Впервые было оценено время регистрации магнитных сигналов с помощью MPQ-прототипов в быстро делящихся раковых клетках C6-RFP-Qt в организме лабораторных животных in vivo. Эксперименты показали, что чувствительности MPQ приборов вполне достаточно для мониторинга в кровотоке животных в течение 5 дней после инъекции раковых клеток C6-RFP-Qt. Показано, что развитый подход представляет собой простую и более чувствительную альтернативу традиционным методам изучения биогенных магнитных наночастиц, в том числе в быстро делящихся раковых клетках. MPQ-прототипы применены для количественных исследований макрофагов в качестве возможных носителей лекарственных препаратов в лабораторных животных in vivo. Для этого использовались мышиные макрофаги RAW 264.7 с экспрессией зеленого флуоресцентного белка (GFP), которые были конъюгированы с магнитными наночастицами (МНЧ) с покрытием из глюкуроновой кислоты. МНЧ были использованы в качестве меток для мониторинга клеток в кровотоке мышей in vivo с помощью разработанных MPQ-прототипов, обладающих временным разрешением вплоть до 1 секунды, а также ex vivo – для количественных измерений в образцах тканей. Флуоресцентный белок обеспечил возможность качественной визуализации введенных клеток в различных тканях с помощью конфокальной микроскопии и оптической томографии. Сочетание МНЧ и GFP позволило получить важные данные о биораспределении клеток RAW-GFP в органах лабораторных мышей. Установлено, что после внутривенного введения клетки быстро (в течение 10–15 секунд) выводятся из кровотока, накапливаясь преимущественно в лёгких и печени. Это может накладывать серьезные ограничения на использование таких клеток для доставки лекарств в другие области живого организма. Развитые магнитные методы и разработанные MPQ-прототипы продемонстрировали свою эффективность в целом ряде актуальных биофизических исследований. Исследован ряд биораспознающих аптамеров – коротких фрагментов ДНК для применений в биосенсорике in vitro в качестве альтернативы антителам. Экспериментально подтверждено, что аптамер с определённой последовательностью олигонуклеотидов способен специфично «узнавать» и «захватывать» из исследуемого образца раково-эмбриональный антиген (РЭА), который является одним из ключевых онкомаркеров для диагностики и контроля лечения рака ряда органов. Подобные аптамеры более устойчивы и «неприхотливы» для биосенсорных применений по сравнению с антителами, а также значительно дешевле и доступнее в силу несложного синтеза. Однако, их селективность именно только к молекулам-мишеням необходимо очень тщательно проверять. Экспериментально показано, что у выбранного аптамера для обнаружения РЭА отсутствует кросс-чувствительность к типичным, а иногда и сопутствующим онкомаркерам, таким как Cyfra 21-1 (фрагмента цитокератина 19) и fPSA (свободного простат - специфического антигена). Выбранный аптамер использован для работки оригинального прототипа биосенсора, позволившего измерять в образцах искусственной и реальной слюны человека рекордно малые концентрации раково-эмбрионального антигена на уровне зептоМолей (от 0,1 фг/мл) и в чрезвычайно широком динамическом диапазоне 8 порядков, вплоть до концентраций 10 нг/мл. Комфортность, неинвазивность и быстрота таких анализов слюны человека при обеспечении их широкой доступности могут привести как к качественно новому уровню диагностики, так и к возможности мониторинга лечения онкозаболеваний даже в домашних условиях благодаря широкому динамическому диапазону измерений. Запланированные на отчетный период работы полностью выполнены. Публикационные обязательства перевыполнены: опубликованы 4 статьи в журналах с импакт- факторами 7,3; 5,3; 4,8 и 4,6 первого квартиля Q1 по базам данных Web of Science Core Collection и Scopus, что, по правилам конкурса, засчитывается за 8 публикаций. Кроме того, результаты разработок докладывались научному сообществу в качестве 5 устных и 1 стендового докладов на ведущих профильных конференциях.