Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. Принцип действия метода. Одиночные наночастицы модифицированы антителами, которые способны связываться с разными участками одного и того же антигена. В присутствии антигена благодаря такому связыванию размер частиц возрастает, что можно определить при помощи динамического светорассеяния.
Рисунок 2. Сферические золотые наночастицы (a, шкала 50 нм) и золотые нанопалочки (b, шкала 60 нм), ПЭМ.
Рисунок 3. Распределение частиц по размерам, измеренное при помощи DLS. (a) Золотые сферические наночастицы, конъюгированные с антителами к PSA. (b) Золотые нанопалочки, связанные с другими антителами к PSA. (c) Смесь тех и других наночастиц в присутствии 1.0 нг/мл PSA. В растворе присутствуют как индивидуальные наночастицы размерами 20-60 нм (зона B), так и более крупные (60-500 нм) олигомеры (зона A).
Рисунок 4. Олигомер, состоящий из сферической и вытянутой наночастицы, образовавшийся в присутствии 2 нг/мл PSA (ПЭМ, шкала 20 нм).

Золотая диагностика рака

Ключевые слова:  динамическое светорассеяние, золотые наночастицы, онкомаркер, рак

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

26 марта 2008

Динамическое светорассеяние (DLS) позволяет с высокой точностью определять размеры и распределение по размерам различных частиц – полимеров, наночастиц, белков. Особенно приятно, что при помощи этого метода можно определять присутствие в растворе даже весьма низких концентраций разнообразных золотых наночастиц (сферической формы, палочек и оболочек) размерами от нескольких десятков до сотен нанометров, благодаря сильному рассеянию света при длинах волн поверхностного плазмонного резонанса.

Группа ученых из University of Central Florida (США) предположила, что при помощи золотых наночастиц, конъюгированных с антителами, можно легко, в одну стадию, проводить быструю диагностику наличия маркеров тех или иных заболеваний с использованием DLS. В качестве примера они показали, как можно быстро количественно определить один из маркеров рака предстательной железы.

В организме здорового мужчины имеется простато-специфический антиген (prostate specific antigen, PSA) в концентрации нескольких нанограмм на миллилитр (считается, что в норме не более 4 нг/мл), из них несвязанного PSA – меньше нанограмма в миллилитре, то есть около 10% от общего количества PSA. В случае рака или доброкачественной гиперплазии простаты общее количество PSA возрастает, однако относительное количество свободного PSA в случае злокачественной опухоли ниже, чем в норме или при доброкачественном перерождении предстательной железы.

Для детектирования свободного PSA ученые использовали два типа золотых наночастиц, связанных с разными антителами к этому антигену (рисунок 1). Были синтезированы сферические золотые частицы размером около 37 нм и золотые же нанопалочки 10-40 нм в длину (рисунок 2). Нижний предел их обнаружения методом DLS составил 0,02 пМ для сферических частиц и 0,4 пМ для палочек. После связывания наночастиц с антителами их средний размер возрос для сферических частиц до 57 нм, для палочек – до 30-37 нм (рисунок 3). При добавлении PSA к раствору, содержащему оба типа наночастиц, образовывались олигомерные частицы больших размеров (рисунок 3, рисунок 4); при этом наблюдалась зависимость от концентрации PSA. Исследователи показали, что метод позволяет определять наличие PSA в концентрациях 0,1-10 нг/мл.

Работа «A One-Step Homogeneous Immunoassay for Cancer Biomarker Detection Using Gold Nanoparticle Probes Coupled with Dynamic Light Scattering» опубликована в JACS.


Источник: ACS Publications



Комментарии
Кстати, а сколько стоит DLS-спектрометр? Исходя из его цены, метод вообще имеет право на жизнь?
Еще как-то смущает полное отсутствие других пиков на гистограммах распределения. В supporting info сказано, что образцы готовились разведением стандартов из коммерческого ИФА-набора на PSA, которые очевидно должны содержать белковую матрицу. Сравнивая предел детекции и содержание аналита в крови, можно понять, что анализировать придется плазму, разбавленную не более, чем в 10 раз (иначе просто чувствительности не хватит). А в разбавленной в 10 раз плазме белки содержатся в концентрации как минимум сотен mkM, что уже прекрасно видно на DLS.
И в специфичности такой DLS-диагностики у меня сильные сомнения - если, понятно, полагаться только на нее. Не раз приходилось видеть изменение размера агрегатов в растворе в 2-3 раза (см. рис. 3) и по гораздо менее серьезным поводам.
И еще одна вещь мне покоя не дает. В статье сказано, что инкубация смеси проводится 30 минут перед проведением измерения DLS. Известно, что для частиц с заданной поверхностной плотностью центров связывания характеристические времена вращательной диффузии возрастают пропорционально квадрату радиуса частицы, а с одним центром связывания на частицу - пропорционально кубу радиуса. То есть в нашем случае мы будем иметь степень между 2 и 3. Произвести какую-либо оценку времени полупревращения в конкретном случае сложно, но это будут в лучшем случае дни, что гораздо больше заявленных 30 минут. То есть агрегаты не должны успевать образовываться в заметных количествах. Отсюда вывод: должен быть предположен другой механизм агрегации, раз она протекает значительно быстрее теоретически возможной скорости.

Или я где-то ошибаюсь, поправьте...

Все таки ошибаюсь (см. ниже)
Трусов Л. А., 26 марта 2008 23:17 
DLS за 30 мин (для несведущих).
Трусов Л. А., 26 марта 2008 23:32 
>>А в разбавленной в 10 раз плазме белки содержатся в концентрации как минимум сотен mkM, что уже прекрасно видно на DLS

скорее всего маленький пик на рис. 3с - это они и есть. и, учитывая их размер, их там много.
g e n, 27 марта 2008 08:56 
Чистая отработка денег, выделенных по статье "нано". Оочень сомнительно, что метод будет работать в реальных условиях.
ЗЫ Вопрос тем, кто читал всю статью: зачем авторы смешивают палочки и шарики? неужели по отдельности хуже?
Хотя бы для того, чтобы сделать картинки, подобные приведенной на рис.4. Иначе как отличить одни наночастицы от других?

Сами авторы статьи, правда, называют другие причины - говорят, что к сферическим наночкам одни антитела у них присоединялись хорошо, а другие плохо, зато другие, наоборот, хорошо к нанопалочкам. Что-то, связанное с зарядом поверхности наночастиц, связанное со способом получения, и зарядом антител. То есть, даже если брать только более удобные наношарики, все равно пришлось бы синтезировать две серии двумя разными способами, чтобы потом эффективно присоединить два разных антитела - а в таком случае, почему не синтезировать визуально различимые частицы, чтобы заодно получить и красивые картинки?
Трусов Л. А., 27 марта 2008 13:07 
думаю, использовались частицы разной формы, чтобы можно было отличить, с каким антителом они связаны (рис. 4).

про отработку денег - это очень смешно.

Zetasizer Nano, стоящий у нас на 5 этаже, не производит впечатление дорогущего прибора. анализ занимает пару минут.
Раз мимо ходите - поинтересуйтесь, тогда и нам расскажете.
Трусов Л. А., 27 марта 2008 13:48 
а гугл Вам на что? говорят, 100 кБ
Да-да, как совершенно справедливо отмечал г-н Карлсон:"Пустяки, дело житейское". Тогда уж и окладом мнс'а на Химфаке поинтересуйтесь заодно.
Трусов Л. А., 27 марта 2008 15:40 
извините, но для современного прибора это мизерная цена. и мнсы покупают приборы далеко не на свою зарплату. надеюсь, читая статьи о ПЭМ или синхротронах, Вы не падаете в обмороки.
Когда на свой грант его купите - поделитесь опытом, пожалуйста. А пока поинтересуйтесь средним размером гранта на Химфаке, тоже информация полезная.
Трусов Л. А., 27 марта 2008 16:22 
Вы работаете только на приборах, купленных на Ваши гранты?
Соколов Петр Сергеевич, 27 марта 2008 16:27 
Конструктивный диалог, однако, я даже подозреваю кто тут прав.
Почему-то вспомнилось из детского: "За меня заплатят дяди, что за мною едут сзади".
Трусов Л. А., 27 марта 2008 23:00 
угу, спасибо родному Факультету за приборы, которых многие себе позволить не могут.
Евгений Геннадьевич, поясните, пожалуйста, мысль о размерах и временах. А то читаю, читаю Ваш комментарий, а понять ничего все равно не могу. Частицы были маленькие, а потом стали большие. Большими частицы стали при образовании комплекса антитело-антиген, часа для этого точно достаточно, ну и получаса, возможно, тоже. При чем тут поверхностная плотность центров связывания?
to Федосеева Светлана Владимировна

> Евгений Геннадиевич, поясните, пожалуйста, мысль о размерах и временах.

Еще раз подумал эту мысль . Уже даже настрочил ответ. Но потом понял, что ошибаюсь. Действительно, вращательная диффузия тут не при чем. Стерический фактор (p) в уравнении константы скорости в теории столкновений будет зависеть только от поверхностной плотности антител. И если поверхность частицы ими покрыта полностью, то p не будет зависеть от радиуса частицы.
Правда, линейную диффузию никто не отменял, но это уже другой разговор.
Нет, всё равно не понимаю Вы учитывайте, что разговариваете с человеком, который не в теме сути проблемы. Константа какой реакции? Связывание антигена и антитела в условиях эксперимента можно считать необратимым, я думаю.
У меня были сомнения, что 37-нм частички большеваты. И проводил их мысленное сравнение с меньшими по размеру.
to Федосеева Светлана Владимировна

Кстати, по поводу конъюгации антител с наночастицами. Есть такой коммерческий продукт Gold-in-a-Box™ (BioAssayWorks) . Он представляет собой золь золотых наночастиц и 2 буфера. Для того, чтобы приготовить конъюгат, нужно взять определенную концентрацию антител в смесях этих буферов с pH от 1 до 10. Смешать с наночастицами и визуально оценить цвет полученного раствора. Там, где цвет золота не поменялся, и есть оптимальные для конъюгации условия. На все про все 2 часа. :)
fozgen, 28 марта 2008 17:31 
Кстати, а сколько стоит DLS-спектрометр

Простейший заводской можно найти тысяч за 40-50. Самоделку можно сделать тысяч за 10 или даже меньше.
fozgen, 28 марта 2008 17:38 
И в специфичности такой DLS-диагностики у меня сильные сомнения - если, понятно, полагаться только на нее. Не раз приходилось видеть изменение размера агрегатов в растворе в 2-3 раза (см. рис. 3) и по гораздо менее серьезным поводам.

Основная "проблема" DLS метода в шаловливых ручках оператора при анализе данных, или недостаточная квалификация оного.
Я не о DLS методе как таковом - хотя насчет операторов полностью согласен; что им принесли - то в прибор и льют без долгих раздумий. Вопрос в том, будет ли в реальных, а не модельных исследуемых образцах содержаться только PSA и ничего больше. Если нет - то насколько воспроизводимы будут состав и соотношение остальных компонентов в исследуемой серии? Не зная методики поточного анализа в медицине, от однозначных выводов воздержусь, но сомнения насчет влияния чего-то постороннего на размер агрегатов у меня по-прежнему остаются.

А у заводских DLS за 40-50 тыс границы диапазона какие, особенно снизу ? Не настаиваю, конечно, но если ссылку выложите - может быть полезно не только мне.
Для учета влияния чего-то постороннего ставится отрицательный контроль - в данном случае, думаю, смесь, содержащая все компоненты, кроме ПСА. Например, сыворотка крови женщины - у них, вроде, ПСА нет А в качестве положительного контроля добавить к исследуемому образцу ПСА принудительно.
Это еще 2 отдельных измерения. DLS - не оптическую плотность в лунках померить, одноврененно поставить все контроли не получится.
Мне кажется, что побольше двух получится. Для начала нужно знать, что еще, кроме ПСА, может повлиять на размер агрегатов в этой системе, и быть уверенным в том, что (активный) состав фона не меняется от пробы к пробе, что мне представить трудно. Есть ли какие-то типовые методы нейтрализации влияния переменного фона ? Если они связаны с выделением индивидуального ПСА, то его концентрацию в полученном растворе, наверно, можно определить и более простым способом.
О ужас, целых два измерения! А вы чего хотели, чтоб по взмаху волшебной палочки все происходило? Простите, Евгений Геннадьевич, простите также и Евгений Алексеевич, сдержаться было выше моих сил.
fozgen, 31 марта 2008 11:37 
Посторонние компоненты если и будут влиять на размер агрегатов, то опосредованно. Думаю, что авторы попозже посмотрят как минимум на влияние ионной силы. А вообще, основная идея смешать два типа наночастиц и смотреть на их агрегацию весьма интересна. У классического метода, где детектируется изменение размера частиц после адсорбции изучаемого компонента чувствительность явно пониже будет (хотя там свои плюсы есть).
fozgen, 31 марта 2008 11:44 
А у заводских DLS за 40-50 тыс границы диапазона какие, особенно снизу ? Не настаиваю, конечно, но если ссылку выложите - может быть полезно не только мне.

Увы, заводскими я почти не пользуюсь, поэтому ничего сказать не могу. Более того, я не совсем себе представляю, что Вы понимаете под "нижними границами дипазона". Нижняя чувствительность обычно определяется по интенсивности рассеяния толуола, Вас этот параметр интересовал?
Не совсем; точнее, совсем не. Поскольку я общался преимущественно с аппаратами фабричного производства, то мне интересна нижняя граница обнаружения помянутых Вами приборов по шкале размеров частиц/агрегатов.
fozgen, 31 марта 2008 19:23 
По шкале размеров частиц/агрегатов они практически не отличаются (если только не совсем левый коррелятор стоит) и находятся пределах от чуть меньше нанометра до 4-5 нм в зависимости от материала и среды.
g e n, 31 марта 2008 22:57 
Мне прислали тут рекламку на DelsaNano от Beckman-а (аналог Zetasizer Nano):
Диапазон измерения: Размер частиц 0.6 нм - 7 мкм.
Стоит от 90 тыс.ам.рублей
fozgen, 01 апреля 2008 01:25 
DelsaNano по некоторым параметрам существенно превосходит Zetasizer Nano. Правда, верхняя граница у него слегка завышенна и быстрее всего имеет отношение только к зета-потенциалу.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

АСМ изображение эритроцитов мыши на стекле
АСМ изображение эритроцитов мыши на стекле

Самые интересные моменты лектория Нанограда 2020
Небольшой традиционный фоторепортаж о самых интересных лекционных моментах виртуального Цифрового Нанограда 2020 со всеми правильными ссылками.

ВТОРАЯ МОСКОВСКАЯ ОСЕННЯЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ПЕРОВСКИТНОЙ ФОТОВОЛЬТАИКЕ (MAPPIC-2020)
Открыта регистрация на вторую Московскую осеннюю международную конференцию по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2020), которая состоится 26-28 октября 2020 года в смешанном, очном и дистанционном форматах.

Онлайн-школа РНФ-2020 «Аддитивные технологии: материалы, методы и перспективы»
7 октября НИТУ «МИСиС» совместно с Российским Научным Фондом проводит онлайн-школу для молодых ученых «Аддитивные технологии будущего: материалы, методы и перспективы». Участие в работе Школы является бесплатным. Школа будет проходить в онлайн-формате на платформе Zoom. Всю информацию участники получат по электронной почте.

Летние лектории для школьников
ФНМ
Сотрудники Факультета наук о материалах и химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова участвуют в лекториях двух летних школ, организованных Фондом Инфраструктурных и Образовательных Программ (группа РОСНАНО) - Нанограде и летней школе МФТИ.

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2020
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 16, 17, 18 и 19 июня 2020 г.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.