Биотехнологии 2015 Сборник материалов международного конгресса

SECTION | | “BIOMATERIALS AND THERIS FUNCTION

IN THE MODERN BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

Important requirements for metallic biomaterials are low elasticity modulus comparable to the human bone module, and the absence of toxicity of the alloying elements in the alloy composition. Titanium-niobium alloys are attractive in part the increased biomechanical compatibility. It is advisable to form calcium phosphate (CaP) coatings with bioactive and biocompatible properties to prevent postoperative complications associated with rejection of the active metal. The micro-arc method is an effective technique to obtain such coatings. The influence of voltage and duration of oxidation on the morphology, surface topography and wettability of the CaP coatings is investigated. It was shown that the increase in the oxidation voltage (200-350 V) and duration (5-15 min) leads to the linear increasing of the coating thickness and roughness and to the linear decreasing of contact angles with water and glycerol. CaP coatings are hydrophilic with high free surface energy of 73-86 mN/m, due to their rough topography and the presence of strong polar chemical bonds in coatings (OH-groups, oxides and phosphates).

УДК 615.466:547.917

КРИОГЕЛИ НА ОСНОВЕ ПЕКТИНА И ХИТОЗАНА КАК ПРОТИВОСПАЕЧНЫЕ БАРЬЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Коновалова М.В.1, Марков П.А.2, Никитина И.Р.2, Попов С.В.2, Курек Д.В.1, Варламов В.П.1

1ФГБУН Центр «Биоинженерия» РАН, Москва, Россия 117312, Москва, пр-т60-летия Октября, д. 7, корп. 1

2ФГБУН Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, Сыктывкар, Россия 167982, Сыктывкар, ГСП-2, ул. Первомайская, д. 50

e-mail: mariya.v.konovalova@gmail.com

Полученыкриогели на основе биополимеров пектина и хитозана с различными физико-хи- мическими характеристиками (ФХХ). Внесение с состав криогеляхитозанов усиливает прочность и адгезию материалов к поверхности брюшины. Выявлено, что криогели на основе яблочного пектина и различных хитозанов ингибируют спайкообразованиев брюшной полости. Полученные криогелимогут быть рекомендованы к использованию в качестве новых барьерных материалов для хирургии.

Ключевые слова: барьерный материал; спайки; криогели; пектин; хитозан.

Применение барьерных материаловиз биодеградируемых, биосовместимых и нетоксичных полимеров, которые разделяют травмированные поверхности на срок достаточный для их вос - становления, является перспективным направлением профилактики спаечной болезни – одного изосновныхосложненийабдоминальнойхирургии.Дляполучениякриогелейиспользовалипри- родные биополимеры: яблочный пектин и крабовый хитозанс различными ФХХ. Исследовано их влияние на механические свойства и адгезию материалов к внутренней поверхности брю- шины, а также влияние условий деградации на механические свойства. Внесение с состав кри- огеляхитозановс различными ФХХ усиливает прочность и адгезию материалов к поверхности брюшины. Выявлено, что в условиях invivo прочность криогелей, независимо от их химиче- ского состава, снижается более интенсивно, чем при инкубации invitro. Способность получен- ных материалов предотвращать спайкообразование была изучена invivo. Обработка раневых поверхностей гелями на основе яблочного пектина и хитозана ингибирует спайкообразование. Таким образом, разработанные криогелина основе пектина и хитозана могут быть рекомендо - ваны к использованию в качестве новых барьерных материалов для хирургии.

СЕКЦИЯ | | «БИОМАТЕРИАЛЫ И ИХ РОЛЬ В СОВРЕМЕННЫХ БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ»

UDC 615.466:547.917

PECTIN/CHITOSAN-BASED CRYOGELSASANTIADHESION BARRIER MATERIALS Konovalova M.V.1, Markov P.A.2, Nikitina I.R.2, Popov S.V.2, Kurek D.V.1, VarlamovV.P.1 1Centre “Bioengineering”, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russian Federation

117312, Moscow,60-let. Oktyabryaav., 7, bld. 1

2Institute of Physiology, Komi Science Centre, the Urals Branch of the Russian Academy of Sciences, Syktyvkar, Russian Federation

167982, Syktyvkar, Pervomaiskaya str., 50 e-mail: mariya.v.konovalova@gmail.com

Cryogels based on such biopolymers as pectin and chitosan with different physico-chemical characteristics (PCC) were prepared. The inclusion of chitosan with different PCC to cryogel composition enhanced the strength and adhesion of materials to the abdominal tissues. Cryogels based on the apple pectin and chitosan were found to inhibit adhesion formation in the abdominal cavity. Pectin/chitosan cryogels obtained may be recommended for application as new barrier materials for abdominal surgery.

Keywords: barrier materials; adhesions; cryogels; pectin; chitosan.

Barrier materials based on biodegradable, biocompatible and non-toxic polymers, capable of physical separation of injured abdominal tissues during the critical period of mesothelial repair and healing are promising approachto prevent adhesion formation –oneof the serious complicationsof abdominal surgery. Natural polysaccharides as follows apple pectin and crab shell chitosan with different PCC were used for cryogels preparation. Influence of PCC on mechanical properties and adhesion capacity of gel materials to the abdominal tissues and the effect of degradation conditions on the mechanical properties were investigated. The iclusion of chitosan with different PCC to cryogels composition enhanced the strength and adhesion of materials to the abdominal membrane. The cryogels strength was found to decrease more rapidly in vivo, than during incubation in vitro, independently on its chemical composition. The ability of the materials to prevent adhesion formation has been studied in vivo. Treatment of wound surfaces with gels based on apple pectin and chitosan was shown to inhibit adhesion formation. Thus, pectin/chitosan cryogels obtained may be recommended for application as new barrier materials for abdominal surgery.

УДК 577.15.08+606.61:677.494

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ И СРОКОВ ХРАНЕНИЯ НА ИЗМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ АКТИВНОСТЕЙ ГИДРОЛАЗ ИЗ

ГЕПАТОПАНКРЕАСА КРАБА ИММОБИЛИЗОВАННЫХ НА ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ

НОСИТЕЛЯХ

Кульметьева М.А., Дубовикова О.Э., Коротаева А.И., Досадина Э.Э., Аль Окби Хидаер

Махмуд, Медушева Е.О., Белов А.А.

РХТУ им. Д.И.Менделеева, каф. биотехнологии; Институт хирургии им. А.В.Вишневского;

НИИ текстильных материалов,

Москва, РФ, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, корп. 1 e-mail: ABelov2004@ yandex.ru

Получены иммобилизованные препараты гидролаз гепатопанкреаса краба на окисленной целлюлозе содержащие хитозан. Изучено влияние получения иммобилизованных форм на со-

SECTION | | “BIOMATERIALS AND THERIS FUNCTION

IN THE MODERN BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

хранение ферментативных активностей гидролаз на остаточную активность в процессе хранения и инактивации в модельных условиях.

Ключевые слова: хитозан, диальдегидцеллюлоза, иммобилизация, медицина.

Проблема создания биологически активных волокнистых материалов в последние десятилетия вызывает опять возрастающий интерес. Показано, что лечебный эффект медицинских материалов с полиферментными препаратами выше, чем у моноферментных препаратов (при сравнениисроковочищенияиполногозаживленияран).Крометого,изделия,полученныенаос - нове полиферментных препаратов, обычно имеют меньшую себестоимость. На основе окисленной целлюлозы, хитозана и гидролаз был создан лечебный слой полиферментной перевязочной повязки «Мультиферм». Выбор условий получения препаратов иммобилизованных протеиназ, длямедицинскихцелей,заключаетсянетольков получениимаксимальнойактивностипрепарата в конце срока хранения (минимальное значение эффективной константы скорости инактивации), но и соблюдение необходимых санитарно-гигиенических характеристик готового изделия (рН-водной вытяжки, механическая прочность и др.). Были найдены оптимальные условия, ме - тод модификации и степень модификации целлюлозного носителя для иммобилизации. Выбор оптимальных условий иммобилизации: рН, температура, состав раствора для иммобилизации и тому подобное, заключался в выборе таких параметров, чтобы в процессе иммобилизации относительная ферментативная активность достигала максимального значения и не изменялась до начала высушивания образцов.

EFFECT OF PREPARATION CONDITIONS, TEMPERATUREAND PERIOD OF STORAGE TO CHANGE FROM ENZYMATICALLYACTIVE HYDROLASE CRAB HEPATOPANCREAS IMMOBILIZED ON CELLULOSE CARRIERS

Kulmetieva M.A., Dosadina E.E., Dubovikova O.E., KorotaevaA.I., Okbi HidaerAl Mahmoud, Medusheva E.O., BelovA.A.

MUCTR, Mendeleev Univ., ch. Biotechnology, Research Institute of textile materials, Institute surgery, Moscow, Russian Federation

E-mail: ABelov2004@ yandex.ru

Preparations obtained immobilized hydrolases crab hepatopancreas on the oxidized cellulose containing chitosan. The effect of obtaining immobilized forms to preserve the enzymatically active hydrolase in the residual activity during storage and inactivation under model conditions.

Keywords: chitosan, dialdehydecellulose, immobilization, medicine

The problem of creating biologically active fibrous materials in recent decades is the growing interest again. It is shown that the therapeutic effect of medical materials multienzyme complexes higher than monofermentnyh drugs (when compared and complete clearance of the wound healing). Furthermore, products derived from multienzyme preparations generally have lower production costs. On the basis of oxidized cellulose, chitosan and hydrolases was established therapeutic layer polyen- zyme dressing bandages “Multiferm.” The choice of conditions for obtaining preparations of immobi- lized proteases, for medical purposes, is not only to obtain the maximum activity of the drug at the end of the retention period (the minimum value of the effective inactivation rate constant), but compliance with the necessary sanitary and hygienic characteristics of the finished product (pH of the aqueous extract, mechanical strength et al.). Optimal conditions have been found, and the degree of modifica- tion of the method of modifying cellulosic carrier for immobilization. Selection of optimum immo-

СЕКЦИЯ | | «БИОМАТЕРИАЛЫ И ИХ РОЛЬ В СОВРЕМЕННЫХ БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ»

bilization conditions: pH, temperature, composition of the solution for immobilization and the like, was to select parameters such that during the relative immobilization of the enzyme activity reached

a maximum value and not changed before drying samples.

УДК 533.9.07

СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТОНКИХ ВЧ-МАГНЕТРОННЫХ БИОПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ*

Куляшова К.С.1, Шаркеев Ю.П.1,2, Саинова А.Б1,3, Gross K.A4.

1Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН), Томск, Россия

634021, г. Томск, просп. Академический, 2/4, e-mail: kseniya@ispms.tsc.ru

2Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 3Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36

4Riga Technical University, Riga, Latvia, 1 Kalku Street, Riga LV 1658

Исследована структура покрытий, полученных методом вч-магнетронного распыления мишеней на основе фосфатов кальция: гидроксиапатита и b-трикальцийфосфата. Изучено влияние состава мишени на положение основных характеристический линий фосфатов в инфракрасных и Рамановских спектрах покрытий.

Ключевые слова: биопокрытие, гидроксиапатит, b-трикальцийфосфат, вч-магнетронное распыление, структура

Проведено исследование структуры тонких вч-магнетронных покрытий на основе фосфатов кальция с помощью методов ИК- и Раман-спектроскопии, оптической эллипсометрии и рентгеноструктурного анализа. При вч-магнетронном распылении мишени как на основе гидроксиапатита (ГА), так и b-трикальцийфосфата (ТКФ)) образуется текстурированное покрытие, содержащее апатит с разупорядоченной фосфатной решёткой. Об этом свидетельствует расположение линии симметричного колебания PO43- (n1) в области 945–950 см-1 Рамановских спектров и отличие основных параметров (амплитуда, ширина) линий в ИК-спектре в покрытии от соответствующихпараметровГА,чтовызваноизменениемсвязейв окруженииионовРО43– в составе элементарной ячейки и ориентации кристаллитов в составе покрытия. Формирующееся вч-магнетронное покрытие в исходном состоянии является аморфным, о чём свидетельствуем гало на рентгеновких дифрактограммах в области малых углов 2Q = 10–15°. После изотерми-

ческого отжига при 700°С появляются плохоразрешённые пики в диапазоне углов 2Q = 31–34°,

характеризующие наличие фазы Ca10(PO4)6(OH)2.

*Работа выполнена при поддержке проекта №612691 “An international network on new strate- gies for processing calcium phosphates” 7th Framework Program for Research

SECTION | | “BIOMATERIALS AND THERIS FUNCTION

IN THE MODERN BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

UDK 533.9.07

THE STRUCTURALFEATURES OFTHIN RF MAGNETRON BIOCOATING BASED ON CALCIUM PHOSPHATE*

Kulyashova K.S.1, Sharkeev Yu.P.1,2, SainovaA.B.1,3, Gross K.A4.

1Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (ISPMS SB RAS), Tomsk, Russia,

634021, Tomsk, 2/4, pr. Akademicheskii, e-mail: kseniya@ispms.tsc.ru

2National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia, 634050, Tomsk, Lenin Avenue, 30 3National Research Tomsk State University, Tomsk, Russia, 634050, Tomsk, Lenin Avenue, 36 4Riga Technical University, Riga, Latvia, 1 Kalku Street, Riga LV 1658

The structure of coatings produced by rf magnetron sputtering targets based on calcium phosphates (hydroxyapatite and b-tricalcium phosphate) was investigated. The influence of the phase composition of RF target on the position of the main characteristic phosphate bands in the Fourier transform infrared and Raman spectra of coatings was studied.

Keywords: biocoating, hydroxyapatite, b-tricalcium phosphate, rf-magnetron sputtering, structure

A study of the structure of thin rf magnetron coatings based on calcium phosphate was performed with FTIR and Raman spectroscopy, optical ellipsometry and X-ray diffraction method . The rfmagnetron sputtering targets was formed from the hydroxyapatite (HA) and b-tricalcium phosphate (TCP) powders. The textured coating structure containing phosphate apatite with a disordered lattice is formed. It is evidenced by the location of the symmetrical vibration of PO43- bonds (n1) at 945–950 cm-1 which observed on Raman and FTIR spectra.The value is contrasted with basic parameters of the bands (amplitude, width) in the spectra HA. It is caused by a change in the environment of the PO43- bonds and the unit cell orientations of the crystallites in the structure of coating.

The initial state of coating structure is amorphous. It characterized by amorphous halo at small angles 2Q = 10–15°. After isothermal annealing at 700°C the structure is became quasi-crystalline. Peaks in the range of angles 2Q = 31–34 are characterized the presence of phase Ca10(PO4)6(OH)2.

*Thisworkwascarriedoutunder supportofthe7thFrameworkProgramforResearch,Technological Development and Demonstration, project № 612691.

УДК 615.032.23

ДЕТЕКЦИЯ НОЗОКОМИАЛЬНЫХ ПАТОГЕНОВ С ПОМОЩЬЮ ВОДОРАСТВОРИМЫХ НАНОФИЛЬТРОВ Михеев А.Ю.1, Владимирский М.А.2, Морозов В.Н.1

1Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук, 142290, г. Пущино Московской обл. 2НИИ фтизиопульмонологии им. И.М. Сеченова, Первый Московский Государственный Медицинский Университет, г. Москва

E-mail: 2miheev@gmail.com

Предложен новый метод концентрирования биологических аэрозолей, основанный на ис- пользовании водорастворимых нанофильтров, получаемых электроформованием из инертного полимерного материала – поливинилпирролидона. Продемонстрирована возможность исполь- зования нанофильтров для детекции следовых количеств нозокомиальных патогенов в воздухе больничных палат.

СЕКЦИЯ | | «БИОМАТЕРИАЛЫ И ИХ РОЛЬ В СОВРЕМЕННЫХ БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ»

Ключевые слова: нанофильтры, нозокомиальные инфекции, электроформование.

Основным механизмом заражения нозокомиальными (внутребольничными) инфекциями является аэрозольное инфицирование. Однако, не существует методов быстрого и чувствительного определения аэрозолей опасных патогенов в воздухе больничных учреждений. Известные на рынке средства сбора аэрозолей, основанные на инерционном осаждении, имеют низкую эффективность, шумны и энергозатратны.

Нами разработан новый метод эффективного сбора микро- и наноаэрозолей, основанный на использовании электротканных нанофильтров из водорастворимого, химически инертного полимера – поливинилпирролидона.

Показано, что данные нанофильтры эффективно улавливают как субмикронный аэрозоль, 0.3 мкм (97%), так и наноаэрозоли, 50 нм (75%), при линейных скоростях воздушного потока до 10 м/с. Таким образом, становится возможным эффективное концентрирование аэрозолей в микрообъем жидкой пробы в 108-109 раз в течение 15 минут. В сочетании с методом ПЦР использование водорастворимых нанофильтров становится быстрым и ультрачувствительным методом для обнаружения патогенов как в помещениях, так и вне их.

Метод был испытан в клинике при ММА им. Сеченова, где с помощью водорастворимых нанофильтров была показана возможность детекции следовых количеств ДНК туберкулезной палочки в воздухе палат с больными открытой формой туберкулеза.

UDC 615.032.23

DETECTION OF NOSOCOMIALPATHOGENS USING WATER-SOLUBLE NANOFILTERS MikheevA.Y.1, Vladimirsky M.A.2, Morozov V.N.1

1Institute of Theoretical and Experimental Biophysics of the Russian Academy of Sci., Pushchino, Moscow region

2Phthisiopulmonology Research Institute of the Sechenov First State Medical University, Moscow E-mail: 2miheev@gmail.com

A new method for collection of biological aerosols in a highly concentrated form was developed which is based on use of water-soluble nanofilters manufactured by electrospinning of inert polymer (polyvinylpirrolidone) solution. Nanofilters capability was demonstrated by detection of trace amounts of nosocomial pathogens in the probes collected in hospital wards.

Keywords: Nanofilters, nosocomial infections, electrospinning

Infection by airborne pathogens emerges as a major source of nosocomial diseases and there are no rapid and sensitive technique to detect airborne pathogens indoors of hospital buildings. Known com- mercial means for collection of aerosols based on inertial principle have a low collection efficiency, consume much energy and are quite noisy.

We have developed a new effective technique for collection of both microand nanoaerosols based

on use of nanofilters electrospun from water-soluble inert polymer materials, such as polyvinylpir-

rolidone.

It was shown that these filters effectively collect both sub-micron (0.3 µm with the efficiency not

less than 97%) and nano-aerosols (50 nm with the efficiencyof not less than 75%) at a face velocity as

high as 10 m/sec. Their use enabled quite efficient and rapid concentrating of particulate matter from a high volume of air: in 15 minutes 108-109-fold concentration was achieved. In combination with

SECTION | | “BIOMATERIALS AND THERIS FUNCTION

IN THE MODERN BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

PCR water-soluble analytical filters provide a rapid ultra-sensitive technique for detection of airborne pathogens both indoors and outdoors.

The method has been tested in the Phthisiopulmonology Research Institute where trace amounts of micobacterial DNA were detected in the probes collected in the wards occupied by patients with an open form of tuberculosis.

РАЗРАБОТКА И ПРОИЗВОДСТВО КОСМЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ РЕКОМБИНАНТНОГО АНГИОГЕНИНА ЧЕЛОВЕКА Пуртов А.А.1, Пылкова С.В.1, Мирошниченко С.М.2, Рамазанов Ю.А.3, Беклемишев А.Б.2

1Общество с ограниченной ответственностью ООО «ФармоГель», Новосибирск, Россия 2ФГБУН НИИ биохимии, Новосибирск, Россия 3ООО «Центр вихревых технологий», Новосибирская область, Новосибирский район, р.п. Кольцово, Россия

sveta_pylkova@ngs.ru

Разработана и производится серия уникальных биологически активных косметических средств на основе гелей, содержащих рекомбинантный ангиогенин человека и предназначенных для восстановления местного кровоснабжения, ускорения заживления ран и снижения ве - роятности образования рубцовой ткани.

Ключевые слова: рекомбинантный ангиогенин, косметические гели, регенерация, капиллярное кровообращение.

В компании ООО «ФармоГель» на основе рекомбинантного ангиогенина человека, полученного экспрессией синтетического гена в клетках E. coli, была разработана линейка косметическихсредств,предназначенныхдляустраненияпроблем,связанныхс нарушениемкапиллярного кровообращения. В частности, гель «Ангиофарм регенерирующий» применяют для ускорения естественного заживления ран и снижения вероятности образования рубцовой ткани. Гель спо - собствует восстановлению местного кровоснабжения, снижает отечность и болевые ощущения и особенно эффективен для профилактики образований повреждений кожи при состояниях, связанных с нарушением кровоснабжения, в том числе диабетических трофических язв, синдрома диабетической стопы, пролежней. Гель «Ангиофарм стоматологический» предназначен для профилактики заболеваний десен, способствует устранению отечности и раздражения от коронок и зубных протезов, снижает болевую чувствительность. Гель «Ангиофарм венотонизирующий» способствует укреплению стенок сосудов, улучшает кровоснабжение нижних конечностей и, тем самым, снижает отечность и болевые ощущения в ногах. Кроме того, снижает видимые проявления расширенных капилляров (сосудистых звездочек).

СЕКЦИЯ | | «БИОМАТЕРИАЛЫ И ИХ РОЛЬ В СОВРЕМЕННЫХ БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ»

DEVELOPMENTAND PRODUCTION OF COSMETIC BASED ON RECOMBINANT HUMAN ANGIOGENIN

PurtovA.A.1, Pylkova S.V.1, Miroshnichenko S.M.2, Ramazanov Yu.A.3, BeklemishevA.B.2

1“Farmogel” LLC, Novosibirsk, Russia

2Research Institute for Biochemistry, Novosibirsk, Russia

3OOO “Center of vortex technology”, Novosibirsk region, Koltsovo, Russia sveta_pylkova@ngs.ru

Designed and produced a series of unique biologically active cosmetics gels containing recombinant human angiogenin and intended to restore the local blood circulation, accelerate wound healing and reduce the probability of scar tissue formation.

Keywords: recombinant angiogenin, cosmetic gels, regeneration, capillary circulation.

In the company “PharmoGel” LLC on the basis of recombinant human angiogenin, obtained by the expression of synthetic gene in the cells of E. coli, was developed the rule of the cosmetic means, intended for eliminating the problems, connected with the disturbance of capillary blood circulation.

In particular, gel “Angiopharm regenerating” use for accelerating the natural healing of wounds and reduction in the probability of the formation of scar tissue. Gel contributes to the restoration of local blood supply, are decreased swelling and pains and it is especially effective for the preventive maintenance of the formations of the damages of the skin with the states, connected with the ischemia, including of diabetic trophic ulcers, the syndrome of diabetic foot, bedsores.

Gel “Angiopharm stomatological” is intended for the preventive maintenance of the diseases of gums, it contributes to the elimination of swelling and irritation from the crowns and the dental prostheses, painful sensitivity is decreased.

Gel “Angiopharm venotoniziruyushchiy” contributes to strengthening the walls of vessels, improves the blood supply of lower extremities and, thus, swelling and pains in the feet are decreased.

Furthermore, are decreased the visible manifestations of the extended capillaries (vascular asterisks).

УДК 544.722.5

ПЛЁНКА ИЗ КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ КАК СУБСТРАТ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МИКРОЧИПОВ, ОБЛАДАЮЩИЙ НИЗКОЙ АДГЕЗИЕЙ Шляпников Ю.М., Морозов В.Н.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук.

142290, г. Пущино Московской обл. ул. Институтская, 3 E-mail: shlyapnikov@online.stack.net

Разработан новый субстрат для изготовления микрочипов, характеризующийся низкой адге-

зией к магнитным частицам, – термически сшитая плёнка из карбоксиметилцеллюлозы. Предел

чувствительности иммуноанализа бактериальных токсинов на таком микрочипе составил 0,1

нг/мл.

Ключевые слова: карбоксиметилцеллюлоза, микрочип, иммобилизация, иммуноанализ, магнитные частицы.

SECTION | | “BIOMATERIALS AND THERIS FUNCTION

IN THE MODERN BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

Поверхности, обладающие низкой адгезией, востребованы в современной биотехнологии. Например, они необходимы для тест-систем на основе микрочипов с детекцией сигнала с помощью суперпарамагнитных микрочастиц (МЧ). Нами получен и охарактеризован новый тип субстратов для изготовления микрочипов, обладающий низкой адгезией к МЧ, – термически сшитая плёнка из карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Разработана простая и дешёвая технология изготовления таких субстратов на стандартных микроскопных стёклах. Получаемая КМЦплёнка имеет плотность сшивки ~ 1 на мономерное звено, обладает гладкой поверхностью в нанометровом масштабе. На основе КМЦ-субстратов изготовлены микрочипы для детекции трёх бактериальных токсинов: холерного токсина, стафилококкового энтеротоксина А и токсина синдрома токсического шока. Тест-система на основе иммобилизованных на КМЦ-плёнке антител с детекцией связанных антигенов биотинилированными вторичными антителами и МЧ, покрытыми стрептавидином, имела предел чувствительности около 0,1 нг/мл. Микрочипы на основе КМЦ-плёнки сохраняли свою активность в течение года хранения при комнатной температуре.UDC 544.722.5

LOW-ADHESIVE CARBOXYMETHYLCELLULOSE FILMASAMICROARRAY SUBSTRATE

Shlyapnikov Y.M., Morozov V.N.

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences Pushchino, Moscow Region, Russia 142290

E-mail: shlyapnikov@online.stack.net

We report a new type of low-adhesive substrate for manufacturing microarrays – a film of thermally cross-linked carboxymethyl cellulose (CMC). Its efficiency was demonstrated in the detection of three bacterial toxins where sensitivity as low as 0.1 ng/mL was obtained.

Keywords: carboxymethyl cellulose, microarray, immobilization, immunoassay.

Low-adhesive surfaces are of high importance in modern biotechnology, for example, in the mi- croarray-based immunoassays with magnetic beads (MB) used as labels. We report here a new type of substrate for microarrays with a low adhesion to MB – a thermally cross-linked carboxymethyl cellulose (CMC) film. This substrate can be readily fabricated on a conventional glass slide. Ahighly cross-linked CMC film ( 1 cross-link per monomer unit) possesses a surface smooth at a nanometer scale and a low adhesion to protein-coated MB, which partly originates from the electrostatic repulsion of MB from negatively charged CMC surface. The efficiency of the CMC substrate was demonstrated hereby by fabrication of microarrays for the detection of three bacterial toxins: cholera toxin, staphylococcal enterotoxin A, and toxic shock syndrome toxin. The assay employing primary antibodies arrayed on a CMC surface and detection of the bound bacterial toxins with a biotinylated secondary antibodies followed by decorating spots with streptavidin-coated MB resulted in a limits of detection as low as 0.1 ng/mL. The CMC-based microarrays demonstrated very high storage stabil- ity; their activity did not change after one year storage at room temperature.

СЕКЦИЯ | | «БИОМАТЕРИАЛЫ И ИХ РОЛЬ В СОВРЕМЕННЫХ БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ»

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА Шведченко Д.О., Суворова Е.И.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова Российской академии наук, Россия, Москва 119333, Ленинский проспект, дом 59

e-mail: dmitrymephi@mail.ru

С помощью просвечивающей и сканирующей просвечивающей электронной микроскопии выполнен статистический анализ размеров наночастиц серебра, синтезированных с использованием полимера диметиламиноэтилметакерилата (ДМАЭМ) и его сополимеров с метакриламидоглюкозой (МАГ). (Со)полимеры выступали как в роли восстановителей ионов, так и стабилизаторов наночастиц.

Ключевые слова: наночастицы серебра, зелёная химия, ПЭМ, СПЭМ, ДМАЭМ

В нашей работе мы установили зависимость между структурой используемых для синтеза (со)полимеров и морфологическими характеристиками наночастиц серебра в соответствующих коллоидах. В качестве восстановителей ионов серебра и стабилизаторов наночастиц использовался перспективный в биомедицине полимер диметиламиноэтилметакрилат (ДМАЭМ) и его сополимеры на основе нетоксичной водорастворимой метакриламидоглюкозы (МАГ) в различных мольных соотношениях.

Мы предположили, что в мономере ДМАЭМ единственным восстанавливающим центром ионов серебра является азот, тогда как в мономере МАГ восстановление может происходить на четырёх кислородсодержащих группах (альдегидной и спиртовых). Таким образом, мы ожидали, что сополимерам с меньшей мольной долей ДМАЭМ будет соответствовать больший средний диаметр наночастиц серебра.

Синтез наночастиц был осуществлён с использованием гомополимера ДМАЭМ и сополимеров МАГ-ДМАЭМ с мольной долей ДМАЭМ 75, 71, 45 и 18%. Статистический анализ был произведён с использованием просвечивающей и сканирующей просвечивающей электронной микроскопии. Для каждого образца были измерены диаметры нескольких сотен наночастиц серебра.

Самое узкое распределение с наименьшим средним диаметром соответствует гомополимеру ДМАЭМ. Образовавшиеся частицы не превышают 10 нм, их средний диаметр составляет 2 нм. Установлено, что снижение мольной доли ДМАЭМ приводит, как и предполагалось, к увеличению среднего диаметра наночастиц серебра, также распределения становятся более широкими и в них появляются выраженные хвосты.

Мы попытались связать наиболее вероятный диаметр с мольным соотношением полимеров МАГ и ДМАЭМ, развив простую модель роста частиц. Полученные результаты удовлетворили нашим ожиданиям, а развитая простая модель, возможно, позволит синтезировать наночастицы с заданным распределением по диаметрам, используя соответствующий сополимер.