Новости

13 мая, 2021 11:35

Ученые ТПУ усилили сигнал спектрального «паспорта» молекул для биомедицинских применений

Исследователи ТПУ разработали и изучили свойства разного типа подложек, перспективных для in vivo мониторинга химических веществ. Исследования были поддержаны грантом РНФ («SERS как метод для in vivo мониторинга лекарственных препаратов и их эффектов», 19-75-10046). Исследуя различные подходы, ученые добились усиления сигнала спектрального «паспорта» молекул.
Примеры SERS-подложек, разработанных в ТПУ. Источник: Пресс-служба ТПУ

Рамановская спектроскопия — один из методов, применяемых в пищевой промышленности, медицине, материаловедении, криминалистике для идентификации химического состава. С его помощью детектируют «паспорт» молекулы с уникальной спектральной «подписью», получаемый при рассеянии лазерного света. Для усиления сигнала и увеличения чувствительности используются SERS- (поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия) подложки, изготавливаемые из наночастиц благородных металлов. При использовании метода SERS сигнал усиливается, когда на наночастицы падает свет с определенной длиной волны.

По словам ученых, во многих областях медицины индивидуальные особенности организма пациента и заболевания в существенной? степени определяют успех лечения. Например, при определении эффективности лечения онкологических заболеваний или уровня лекарств с высокой внутрииндивидуальной вариабельностью. При этом существующие методы анализа имеют большое время отклика, высокую стоимость и зачастую не способны обеспечить in vivo мониторинг. В рамках проекта ученые предложили использовать SERS-подложки, так как этот подход обладает высокой химической специфичностью, и его сигналы менее подвержены влиянию неспецифической адсорбции белков.

«В рамках проекта мы занимались разработкой и оптимизацией SERS-подложек, которые могли бы быть имплантированы для долговременного in vivo мониторинга, а также их испытаниями в модельных экспериментах для решения вопросов онкологии и фармакологии. Мы не только разрабатывали подложки, но и проводили с ними модельные эксперименты, изучали, какой из подходов наиболее перспективен для дальнейшей оптимизации и развития», — говорит профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Евгения Шеремет.

Ученые изготовили подложки на основе фотонного кристалла, гексагонального нитрида углерода, полиуретана и полиэтилентерефталата (ПЭТ). На них осаждались наночастицы благородных металлов — золота и серебра. Для осаждения использовались четыре метода: электрохимический, наносферная литография, химическая функционализация и лазерная интеграция. Полученные образцы изучались с помощью методов спектроскопии и сравнивались между собой, чтобы выявить, какой из них прочнее, более гибкий, дает лучшую чувствительность, проще и экономичнее в изготовлении.

«Недостаточно получить подложку, необходимо разработать методику измерений, переносимую в такую сложную систему как живой организм, показать перспективность подхода. В результате исследований мы пришли к выводу, что наиболее многообещающим является подложка на основе биостабильного полимера полиэтилентерефталата (ПЭТа), покрытая наночастицами серебра, закрепленными с помощью лазерной интеграции. И мы сфокусировались на экспериментах именно с этими подложками, используя молекулу-маркер, рамановский спектр которого чувствителен к изменению pH, и получили спектры, отражающие изменения в среде роста клеток в SERS. Изменение pH может быть косвенным признаком наличия патологического процесса — такого как раковая опухоль», — поясняет ученый.

В исследовании принимали участие ученые Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий, Инженерной школы природных ресурсов, НИИ фармакологии и регенеративной медицины и НИИ онкологии Томского НИМЦа.

18 марта, 2024
Химики заставили палладий светиться
Ученые разработали подход, позволяющий создавать новые светоизлучающие материалы на основе органичес...
15 марта, 2024
Российские ученые выяснили, что лечение рака кожи зависит от бактерий в кишечнике
Российские ученые выяснили, что в зависимости от того, какие бактерии населяют кишечник человека, ...