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.

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 существенной̆ 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.

07.05.2021