|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Функциональные наноматериалы для медицинской диагностики на основе биомолекул, ориентированно закрепленных в цеолитном слоеНИР
- Руководитель НИР: Иванова И.И.
- Ответственные исполнители: Атякшева Л.Ф., Иванова М.В., Федосов Д.А.
- Участники НИР: Артюшевский Н.А., Добрякова И.В., Захарова М.Н., Иванова М.В., Князева Е.Е., Коложвари Б.А., Колягин Ю.Г., Коц П.А., Кравченко Д.Е., Федосов Д.А.
- Подразделение: Кафедра физической химии
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2018 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-03-00681
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116021510212-4
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.35 Поверхностные явления. Адсорбция. Хроматография. Ионный обмен
- 31.15.37 Химия коллоидов. Дисперсные системы
- 31.23.27 Пептиды, белки
- 31.23.33 Липиды
-
Ключевые слова:
функциональные наноматериалы, ориентированная адсорбция, медицинская диагностика
functional nanomaterials, lipids, medical tests, oriented adsorption -
Описание:
Проект направлен на создание функциональных наноматериалов, представляющих собой тонкий цеолитный слой на плоской подложке или мембране, в котором ориентировано закреплены молекулы липидов, являющиеся диагностическими и прогностическими мишенями для выявления широкой группы заболеваний нервной системы, расстройства обмена веществ, системных заболеваний. Полученные материалы будут использованы в диагностических устройствах для определения антител в сыворотке крови и других биологических жидкостях больных. Создание таких устройств позволит выявить наличие серьезных заболеваний на ранних стадиях и предотвратить их развитие. Это обуславливает актуальность поставленной задачи. Основная идея проекта базируется на использовании уникального соответствия конфигурации пор цеолитного слоя размеру и форме углеводородного фрагмента липида, что позволит осуществить ориентированную фиксацию молекул липидов, обеспечивающую экспозицию активного центра для взаимодействия с антителами. Эта фундаментальная идея обуславливает научную новизну проекта и обосновывает достижимость поставленной задачи. Для получения композитных материалов с цеолитным слоем предполагается использовать новые синтетические методы и подходы, позволяющие формировать тонкий протяженный цеолитный слой из наноразмерных (200-300 нм) кристаллов. Ориентация цеолитных кристаллов параллельно плоскости подложки обеспечит доступность пор цеолита для биомолекул. Для разработки оптимальных условий закрепления биомолекул в порах цеолита предполагается проведение исследований на модельных и целевых липидах и белках, включающих оптимизацию условий адсорбции и десорбции биомолекул на некоторых кремнеземных адсорбентах и цеолитах. Для исследования свойств разрабатываемых функциональных материалов предполагается использовать комплекс современных физико-химических методов - ИК-, УФ-, ЯМР -спектроскопию, электронную микроскопию, термогравиметрию, адсорбционные методы. На завершающей части выполнения проекта предполагается проведение испытаний модельного диагностического устройства для определения антител в сыворотке крови больных рассеянным склерозом.
-
Abstract:
In this project functional nanomaterials with thin zeolite layers bound to a membrane or template with oriented incorporation of lipids will be developed. Incorporated lipids interact with potential diagnostic and/or prognostic biomarkers of different socially significant diseases. Therefore obtained materials would be used for detection of biomarkers in serum and other body fluids. Development of medical tests with this novel functional nanomaterial will enable to provide early detection of serious diseases and prevent their progression. This defines the significance of the project’s problem. The main concept of this project is based on applying the unique conformity of zeolite cavity configuration and the size and shape of the lipid hydrocarbon part to perform oriented binding of lipids. This would enhance the binding site exposure to biomarkers. This fundamental concept specifies the project’s scientific novelty and proves its achievability. New approaches and methods of synthesis will be employed to obtain composites with a thin extended layer of zeolite nanocrystals (200-300 nm). Orientation parallel zeolite crystal to the template surface will provide accessibility of zeolite pores to biomolecules. Studies with model and target lipids will be performed to select optimal condition for biomolecule fixation in zeolite pores. Those will include optimization of conditions of biomolecule adsorption/desorption at silica adsorbents and zeolites. Obtained functional materials will be analised with IR-, UV-, NMR- spectroscopy, electron microscopy, thermogravimetry and adsorption methods. Finally, the developed model diagnostic system will be tested for evaluation of marker antibodies in serum of patients with multiple sclerosis.
-
Планируемые результаты:
В ходе выполнения проекта планируется получить следующие научные результаты. 1. Будут отработаны условия синтеза и синтезированы композитные наноматериалы с цеолитным слоем, их структурные и адсорбционные свойства будут охарактеризованы с использованием современных физико-химических методов исследования. 2. Исследование адсорбции белков и липидов на модельных адсорбентах и синтезированных композитных материалах позволит определить условия ориентированного и необратимого закрепления биомолекул на синтезированных композитных наноматериалах с цеолитным слоем. 3. Итогом выполнения проекта будет разработка и испытание модельной системы для медицинской диагностики некоторых заболеваний, в частности рассеянного склероза.
-
Научный задел:
Авторы рассматривают предлагаемый проект как логическое объединение двух направлений исследований, проводимых в лаборатории кинетики и катализа Химического факультета МГУ с исследованиями, проводимыми в ФБГУ «Научный центр неврологии" РАМН. В лаборатории кинетики и катализа с 2005 года успешно проводятся работы по получению и исследованию свойств мембранных материалов с цеолитным слоем. Авторами проекта разработаны и успешно реализованы способы получения композитных мембранных материалов с цеолитным слоем, защищенные патентами РФ. Второе направление - исследование адсорбционных слоев белков и ферментов на твердой поверхности. В качестве адсорбентов исследованы силикагели, силохромы, мезопористые молекулярные сита МСМ-41 и SBA-15, бипористые кремнеземы и алюмосиликаты, оксид алюминия. В научной группе разработаны подходы и методы исследования адсорбции белков и обработки экспериментальных данных, являющиеся приоритетными. На протяжении ряда лет в группе велись также исследования по медицинской тематике, включающих механизм действия лекарственных препаратов. Одним из приоритетных направлений научной и лечебной работы отделения нейроинфекции Научного центра неврологии РАМН является рассеянный склероз. Важнейшее направление исследований - поиск биомаркеров для диагностики и прогнозирования течения этого заболевания. Изучались белковые и липидные маркеры нейродегенерации, активности заболевания, диагностические маркеры.
-
Основные результаты:
Полученные материалы будут использованы в диагностических устройствах для определения антител в сыворотке крови и других биологических жидкостях больных. Создание таких устройств позволит выявить наличие серьезных заболеваний на ранних стадиях и предотвратить их развитие.
- Добавил в систему: Атякшева Лариса Федоровна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Функциональные наноматериалы для медицинской диагностики на основе биомолекул, ориентированно закрепленных в цеолитном слое |
| Результаты этапа: В первый год выполнения проекта по созданию композитного материала для целей медицинской диагностики были решены следующие задачи: 1. Выбран носитель и разработаны методики синтеза на его поверхности тонкого и прочного слоя силикалита-1. Наиболее подходящий носитель - пористая нержавеющая сталь, предварительно подвергнутая окислительной обработке. После трех циклов кристаллизации на поверхности носителя получен слой силикалита-1, толщина которого составила 1-2 мкм. Выход продукта оценивали по увеличению массы подложки, подтверждение структуры и состава синтезированного материала проводили методами рентгенофазового анализа и ИК спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения. 2. Проведено исследование адсорбции модельных липидов (яичный лецитин и холестерин) и целевого липида (галактоцереброзид из головного мозга быка) на порошке силикалита-1, синтезированном в тех же условиях, что и образец на подложке. Отработаны методики (растворитель, концентрация липида, температура, время, соотношение массы носителя и объема раствора), получены изотермы адсорбции, определены ее предельные величины. Показано, что в результате адсорбции достигается необходимая ориентация молекул лецитина и галактоцереброзида – гидрофобными хвостами к поверхности адсорбента. Этот вывод сделан по результатам проведенного исследования с использованием низкотемпературной адсорбции азота и спектроскопии ЯМР и ИК. 3. Разработана методика проведения иммуноферментного анализа для определения антител классов IgM и IgG в биологических жидкостях с использованием полученного композитного материала. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Функциональные наноматериалы для медицинской диагностики на основе биомолекул, ориентированно закрепленных в цеолитном слое |
| Результаты этапа: Во второй год выполнения проекта по созданию композитного материала для целей медицинской диагностики были решены следующие задачи: 1. Продолжены работы по подбору новых типов подложек носителей силикалитного слоя. В качестве носителя для силикалита-1 предложены нержавеющая сталь марки 316L боросиликатное стекло. Отработаны методики предварительной обработки поверхности этих носителей, синтеза силикалита на поверхности носителя из стали и способы нанесения силикалита на поверхность стекла. 2. Исследована адсорбция галактоцереброзида (целевой липид для определения антител) на синтезированных композитных материалах металл – силикалит и стекло – силикалит и проведено сравнение закономерностей адсорбции на порошках силикалита и композитных материалах. Максимальная адсорбция липида получена на композитах стекло – силикалит (24 мг/г) и металл – силикалит, один цикл кристаллизации (27 мг/г). При проведении двух и трех последовательных циклов кристаллизации силикалита на поверхности стали величина адсорбции галактоцереброзида уменьшается до 18 и 12 мг/г соответственно. 3. Исследована адсорбция гемоглобина и бычьего сывороточного альбумина (БСА) на монослоях лецитина, холестерина и галактоцереброзида на силикалите. Показано, что на образце холестерин/силикалит белки адсорбируются только на липиде. В случае образцов лецитин/силикалит и галактоцереброзид/силикалит белки адсорбируются и на липиде, и на силикалите. Разложением контуров полос амид I (1654-1656 см-1) в ИК спектрах адсорбированного и нативного БСА проанализированы изменения вторичной структуры белка в результате адсорбции. Максимальные изменения вторичной структуры белка соответствуют адсорбции на силикалите, а при адсорбции на монослое липида эти изменения менее существенны. 4. Продолжена отработана методика проведения иммуноферментного анализа для определения антител классов IgM и IgG в биологических жидкостях с использованием композитных материалов металл – силикалит и стекло – силикалит. | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Функциональные наноматериалы для медицинской диагностики на основе биомолекул, ориентированно закрепленных в цеолитном слое |
| Результаты этапа: Итогом третьего года будет получение модели диагностической системы для определения в биологических жидкостях антител к гликолипидам. В соответствии с разработанными методиками будет проведены предварительные эксперименты по определению антител классов G и M к галактоцереброзиду в крови больных рассеяным склерозом. Планируется публикация двух статей по результатам проведенных исследований и двух докладов на цеолитной конференции | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".