Источник: Новосибирский государственный университет –
Важный отказ от ответственности находится в нижней части этой статьи.
Проект студентки Факультета естественных наук Новосибирского государственного университета (ФЕН НГУ) Виктории Бирюковой «Создание высокоспецифичной платформы на основе магнитных наночастиц для ПЦР-диагностики» при поддержке Стартап-студии НГУ вошел в число победителей программы «Студенческий стартап». Реализация ее проекта будет осуществляться на базе площадке Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (ИХБФМ СО РАН) под научным руководством кандидата химических наук, старшего научного сотрудника, заведующей Лаборатории биомедицинской химии ИХБФМ СО РАН Елены Дмитриенко и младшего научного сотрудника ЛБМХ ИХБФМ СО РАН Анастасии Булгаковой. Результатом их работы станет прототип диагностического набора для пробоподготовки и проведения ПЦР-теста, представляющий собой комплект реагентов, которые лаборатории используют для выявления заболеваний в биоматериале пациента, например, крови и слюне. Планируется, что прототип диагностической платформы будет готов в 2027 году.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — метод молекулярной диагностики, позволяющий размножить единичные молекулы нуклеиновых кислот до миллиардов копий, делая возможным обнаружение ДНК и РНК возбудителей заболеваний в биоматериале.
— В основу нашей разработки заложен принцип молекулярного узнавания в сочетании с магнитной сепарацией. Если классические тест-системы работают как грубое сито и собирают из пробы всю нуклеиновую кислоту без разбора, то наша технология выделяет только целевой фрагмент. На поверхность наноразмерных магнитных частиц ковалентно закреплены специальные синтетические ДНК-цепочки — зонды. Их ключевая особенность — электронейтральность, что делает их стабильнее в биологических пробах, чем нативные зонды, и позволяет связываться с целевыми молекулами в условиях низкой ионной силы, когда внутримолекулярные взаимодействия мишени ослаблены. Зонды комплементарно распознают нужную последовательность и прочно связываются с ней. Как только молекула-мишень зафиксирована, в дело вступает магнитное ядро наночастицы. Стоит поднести к пробирке магнит — и все частицы с «пойманной» мишенью буквально за минуту собираются у стенки. Весь лишний биологический фон (белки, клеточный мусор, примеси) просто смывается, а чистая целевая НК остается на частицах и сразу отправляется на ПЦР, — объяснила Виктория Бирюкова.
Молодая исследовательница рассказала, что традиционные наборы на основе силикагеля или мембран работают, как липкая лента — собирают все подряд: НК человека, патогенов и белки крови, которые являются ингибиторами и блокируют проведение ПЦР. Чтобы избавиться от этого биологического балласта, лаборантам приходится многократно отмывать и фильтровать образец. При этом на каждом таком шаге смывается и теряется целевой генетический материал — вплоть до половины содержимого пробирки. Цена ошибки — пропущенный диагноз. Но на самых ранних стадиях болезни, в первые дни заражения инфекциями или при поиске ранних маркеров онкологических заболеваний в крови циркулируют буквально единичные молекулы целевых нуклеиновых кислот. Потерять половину из них — значит получить ложноотрицательный результат: человек уже болен, а анализ говорит, что он здоров, и драгоценное время для терапии упущено.
Новая разработка облегчит и работу диагностических лабораторий, которую сдерживают многостадийные циклы промывок, требующие постоянных ручных манипуляций и не позволяющие перенести весь процесс на полностью автоматические станции.
— Разрабатываемая нами технология решает проблему потерь и ошибок анализа за счет разработанного в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН нового вида зондов на основе фосфорилгуанидиновых (ФГ) олигонуклеотидов. Именно в применении таких ФГ-зондов для «поимки» мишени и последующего проведения ПЦР-исследования заключается новизна и уникальность нашей разработки. В любой пробе пациента содержатся ферменты — нуклеазы. В природе их задача — разрезать и уничтожать чужеродные ДНК и РНК. Нативные зонды быстро гидролизуются ими прямо во время анализа. Химическая модификация ФГ-зондов делает их устойчивыми к действию нуклеаз: они сохраняют стабильность даже в сложной биологической среде и надежно удерживают мишень. Помимо этого, классические ДНК-зонды несут отрицательный заряд и эффективно работают только в растворах с высокой концентрацией солей. Разрабатываемые нами ФГ-зонды лишены электрического заряда. Это позволяет проводить реакцию в среде с минимальным содержанием солей: в таких условиях разрушаются мешающие вторичные структуры целевой ДНК/РНК , а незаряженный зонд беспрепятственно и мгновенно связывается с открытым участком мишени, — объяснила Виктория Бирюкова.
В своей разработке молодая исследовательница реализует принцип «все в одной пробирке» без переливаний. В классических диагностических наборах пробы многократно прогоняют через фильтры на центрифуге или отмывают вручную целой серией буферов, и на каждом цикле центрифугирования и смены пробирок неизбежно теряется часть целевой ДНК/РНК. В новой системе частицы после селективного захвата удерживаются магнитом у стенки пробирки, при этом их осаждение происходит очень быстро — до 60 секунд. Затем наночастицы быстро промываются минимальным объемом буфера от остаточных примесей и очищенный комплекс сразу направляется на ПЦР-анализ.
На данном этапе уже синтезированы магнитные наночастицы, отработана методика иммобилизации зондов, подтвержден селективный захват мишени. Теперь предстоит отработать амплификацию (ПЦР) на наночастицах.
Конечным продуктом данного проекта станет прототип диагностического набора, рассчитанный на проведение 100 анализов. В него войдут суспензия наночастиц с зондами, набор буферных растворов (для промывки от примесей и высвобождения очищенной мишени), олигонуклеотиды (праймеры) для ПЦР, положительный контрольный образец для проверки корректности работы набора, а также инструкция по применению. Все это поместится в компактной коробке. Этот набор предназначен для применения в клинико-диагностических лабораториях, медицинских центрах и службах инфекционного скрининга для быстрого и высокоточного выявления возбудителей заболеваний (вирусов, бактерий) или специфических мутаций в биоматериале пациента — крови, слюне или мазках.
— Несмотря на инновационную химическую структуру, такие зонды синтезируются на стандартных ДНК-синтезаторах. Для их выпуска не требуется переоснащения лабораторий или создания уникальных производственных линий, что позволяет удерживать себестоимость готового набора на уровне стандартных реагентов, — сказала Виктория Бирюкова.
Проект поддержан Фондом содействия инновациям в рамках программы «Студенческий стартап» мероприятия «Платформа университетского технологического предпринимательства» федерального проекта «Технологии».
Примите к сведению; Эта информация является необработанным контентом, полученным непосредственно от источника информации. Она представляет собой точный отчет о том, что утверждает источник, и не обязательно отражает позицию MIL-OSI или ее клиентов.