Высокотехнологичные методы для персонализированной in situ диагностики меланомы с помощью нанокапиллярных сенсоров.НИР

High-tech methods for personalized in situ melanoma diagnosis using nanopipette sensors

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 31 июля 2017 г.-31 июля 2018 г. Высокотехнологичные методы для персонализированной in situ диагностики меланомы с помощью нанокапиллярных сенсоров
Результаты этапа: В ходе выполнения проекта на первом году были достигнуты следующие научные результаты: 1) Были разработаны воспроизводимые электрохимические наносенсоры для определения концентрации АФК, уровня кислорода на основе кварцевых нанокапилляров, заполненных углеродом с нанесенной платиновой чернью. С помощью разработанных наносенсоров относительно на отрицательным потенциалах возможно определение уровня кислорода, на положительных потенциалах возможно определение активных форм кислорода при измерениях относительно хлорсеребрянного электрода. При калибровке по перекис водорода было показано, что разработанные сенсоры могут определять концентрации до 0,1 мкМ в солевых буферных растворах. 2) Были разработаны стабильны в широком диапазоне (3,00-10,00 pH) чувствительныt pH сенсоров, путем создания тонкой мембраны на конце нанокапилляра из смеси глутарового альдегида, поли-L-лизина и глюкозоксидазы. Перед in vitro и in vivo экспериментами будет проведена калибровка по pH в различных буферных растворах. В ходе выполнения первого этапа были определены оптимальные режимы развертки напряжения. Было выявлено, что солевые растворы не влияют на стабильность и обратимость измерений. 3) В экспериментах по определению внутриклеточного АФК было выявлено, что в опухолевых клетках наблюдается повышенный уровень активных форм кислорода по сравнению со здоровыми мышиными фибробластами. Средний уровень концентрации в единичных клетках меланомы B16 составил в среднем (40±11) мкМ при калибровке по перекиси водорода. На моделях 3D сфероидов был показан впервые пространственный градиент внеклеточного pH. При приближении к сфероиду значения pH уменьшаются. Также были построены профили pH и кислорода внутри сфероидов. Минимальное значение pH наблюдается в центре сферой и для сфероида диаметром 120 мкм составляет 4. С помощью разработанных сенсоров также наблюдается градиент кислорода и гипоксия внутри сфероида. 4) В ходе выполнения работ была опубликована статья в журнале Scientific Reports, который входит в первый квартиль по направлению с пятилетним импакт-фактором – 4,847. Данная статья также индексируется Scopus и в РИНЦ.
2 31 июля 2018 г.-30 июня 2019 г. Высокотехнологичные методы для персонализированной in situ диагностики меланомы с помощью нанокапиллярных сенсоров
Результаты этапа: 1) Была разработана установка для электрохимических локальных измерений внутри опухоли у животных. Данная установка позволяла проводить внутриклеточные, а также внутриопухолевые исследования, при этом манипулятор позволял подводить наносенсор к определенной области с точностью до 100 нм, что позволяло проводить измерение концентрации метаболитов в точно выбранной области опухолевой ткани. С помощью используемого пэтч-кламп усилителя возможно измерение сверх малых токов вплоть до 1 пА. Преимущество разработанной установки заключается в том, что ее использование возможно не только для проведения внутриклеточных измерений, измерений внутри сфероидов и внутри опухолей мыши. Но также установка может быть использована в дальнейшем для выполнения исследований на других моделях опухолей 2) В ходе выполнения работ проекта было определено влияние лекарственных средств на АФК внутри опухоли мыши in vivo. Было изучено влияние рибофлавина на АФК внутри опухоли, а также его накопление. Показано, что при облучении опухоли, увеличивался ток, что свидетельствовало об успешном накоплении введенного рибофлавина и о дальнейшем образовании АФК под воздействием рибофлавина при облучении светом внутри опухоли. В случае контрольной мыши без введения рибофлавина при облучении света увеличение сигнала не происходило. Настоящий эксперимент демонстрирует, что с помощью данного метода возможно определение АФК при действии лекарственного препарата в режиме реального времени in vivo. Таким образом, возможно определение влияние различных препаратов на образование АФК и проверка их дальнейшей эффективности. 3) Полученные данные показали, что среда внутри опухоли имеет более низкие значения рН по сравнению с нормальной тканью. При этом уровень кислотности выше в глубоких слоях опухоли, чем в поверхностных. Кроме того, было выявлено, что уровень кислотности в опухоли может отличаться как от опухоли к опухоли, так и внутри одной опухоли в зависимости от конкретной зоны. Таким образом, разработанный электрохимический метод определения pH в заданной точке ткани животного позволяет оценить уровень кислотности в опухоли в режиме реального времени в животном. 4) Показано, что с помощью данного электрохимического метода возможно определять концентрацию О2 и АФК в заданной точке опухоли в режиме реального времени в живом животном и строить профили распределения в зависимости от расстояния до поверхности опухоли. Полученные данные свидетельствуют о снижении уровня кислорода и повышении содержания активных форм кислорода по мере проникновения вглубь опухоли. Эти результаты могут быть использованы в дальнейшем при разработке лекарственных препаратов, направленных на регулирование концентрации АФК в опухоли, которая играет важную роль в запуске тех или иных сигнальных путей. Кроме того, высокая чувствительность описываемого метода и локальность измерений, обеспечиваемая им, позволят наблюдать за уровнем кислорода и АФК в определенных участках опухоли. 5) В ходе выполнения работ были опубликованы 3 статьи в журналах Scientific Reports, FEBS OPEN BIO с пятилетним импакт-фактором 4,847 и 2.076 соответственно.

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".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Статья s41598-018-25852-4.pdf 1,7 МБ 11 мая 2018 [ErofeevAS]