Ученые разработали специальные наночастицы — нанозимы. Их используют в молекулярно-биологических анализах в качестве метки — с их помощью можно подкрасить бесцветные субстраты (антитела, антигены, гормоны) при диагностике. В отличие от природных аналогов нанозимы обладают высокой стабильностью сигнала, а также относительно дешевы. Ученые отмечают, что использование нанозимов в будущем поможет снизить цены на проведение различных медицинских анализов, а также повысить их качество. Информацию об особенностях нанозимов и методах работы ученые опубликовали в Molecules. Исследование поддержано РНФ (грант № 22-24-20091) и правительством Пермского края.
Синтезированные вещества, подкрашивающие анализы. Источник фото: УрФУ
«В настоящее время предпринимаются попытки заменить природные ферменты синтетическими наноматериалами — нанозимами. Это делается в первую очередь для того, чтобы удешевить колориметрические анализы, а также сделать наборы для окрашивания молекул менее чувствительными к условиям хранения. Нанозимы, которые мы получили, могут справиться с этой задачей, поскольку они обладают хорошими каталитическими свойствами, а по эффективности и стабильности сигнала не уступают своему природному аналогу — пероксидазе хрена», — поясняет ассистент департамента биологии и фундаментальной медицины УрФУ Артем Минин.
Биологически активные молекулы содержатся в организме в очень малых количествах, что усложняет возможность их детекции. Чтобы обнаружить их, используют иммуноферментный анализ. Суть метода заключается в связывании специальных белков-антител с искомыми молекулами. Для обнаружения связанных антител используется фермент — пероксида хрена, которая катализирует химическую реакцию, приводящую к образованию цвета. Чем больше целевых молекул в образце, тем больше связывается антител и тем сильнее меняется окраска. Это позволяет определить наличие и количество искомых веществ в образце.
«Пероксида хрена имеет свои недостатки, которые связаны со сложностью ее получения. В этом плане синтетические наночастицы имеют преимущество перед природными ферментами. Например, для производства нанозимов не требуется сложное биотехнологическое оборудование с повышенной стерильностью. Достаточно химического, причем не самого продвинутого. Полученные нами нанозимы были синтезированы из берлинской лазури — недорогого красителя», — комментирует Артем Минин.
Берлинская лазурь — это краситель синего цвета, который в прошлом широко использовался в текстильной промышленности. Однако сегодня он нашел применение в медицинской сфере. Синтезированные наночастицы были получены из берлинской лазури с использованием перекиси водорода и лимонной кислоты. Результат показал, что нанозимы размером около 200 нанометров обладают высокой каталитической активностью.
Синтезированные вещества, подкрашивающие анализы. Источник фото: УрФУ
«Мы обнаружили, что берлинская лазурь проявляет высокий уровень пероксидазной активности. Это значит, что ферменты красителя способны катализировать окисление веществ. Такими же свойствами обладает и пероксидаза хрена. Эффективность наших нанозимов, полученных из берлинской лазури, подтвердилась их применением в нескольких широко используемых методах иммуноокрашивания, включая окрашивание тканей, анализ иммуноглобулинов и анализ на антитела к коронавирусу», — заключает Артем Минин.
Отметим, что исследование выполнено совместно с Институтом экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, Пермским государственным университетом, Институтом физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН и Институтом иммунологии и физиологии УрО РАН.
Справка
Берлинская лазурь, также известная как прусский синий, создана химиком Иоганном Готтлибом Винклером в Берлине в XVIII веке. Этот синтетический пигмент стал первым стойким искусственным синим красителем, который широко использовали в живописи. Сегодня берлинская лазурь используется в различных областях, включая производство красок и печати, а также в индустрии керамики и стекла.
По данным Global Market Insight, совокупный размер рынка анализов крови в 2022 году достиг 75 млрд долларов. По прогнозам, к 2032 году его размер увеличится до 142 млрд долларов. Такие факторы, как рост хронических заболеваний, растущий спрос на медицинское обслуживание на дому и растущие расходы на исследования в области анализов крови, будут стимулировать рынок.
Информация и фото предоставлены пресс-службой УрФУ