Россия / Наука

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.

«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.

«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.


На фото – синтезированные вещества, подкрашивающие анализы. Фото: УрФУ.