Проект направлен решение проблемы комплексной досимптоматической диагностики социально-значимых заболеваний (сахарного диабета, сердечно-сосудистых, инфекционных и онкологических болезней) посредством развития бесферментных электрохимических методов и сенсоров на основе неорганических и органических катализаторов/медиаторов и создания прототипа портативной диагностической платформы для комплексного персонализированного определения уровня глюкозы, холестерина и антиоксидантной емкости биологических жидкостей, а также экспресс-детектирования инфекционных агентов и онкологических маркеров.
Актуальность выбранного направления обусловлена острой необходимостью развития методов диагностики социально-значимых заболеваний. Очевидно, что возникновение одного из этих патологических состояний предрасполагает к развитию другого. Достоверно известны биомаркеры: повышение уровня глюкозы и холестерина в крови, а также общий окислительный стресс (уменьшение антиоксидантной емкости организма). Отклонение от нормы уровня одного из этих факторов и/или их совокупности влечет за собой многократное увеличение рисков развития вышеописанных патологий. Эффективная диагностика невозможна без достоверной аналитической информации о совокупности уровней этих клинических показателей.
Экспресс-определение уровня холестерина и глюкозы, как и определение антиоксидантной емкости, сегодня является преимущественно лабораторной процедурой, а современные портативные глюкометры представляют собой ферментативные электрохимические биосенсоры. Использование ферментативных методов и сенсоров имеет ряд недостатков, связанных с их низкой стабильностью и склонностью к денатурациипри изменении условий внешней среды (рН, температура и др), сложностью иммобилизации на поверхность трансдьюсера и ограниченным сроком хранения. Поэтому сегодня наиболее перспективно применение сенсоров на основе чувствительных и селективных соединений небиологической природы: металл-органических комплексов и неорганических солей переходных металлов, наночастиц металлов, сложных оксидов в качестве электрокатализаторов в сочетании с полимерами с молекулярными отпечатками.
На сегодняшний день перспективными электрокатализаторами являются новые синтетические полимеры, содержащие фрагменты 2,2’-бипиридинов и их аннелированных и азааналогов, допированных катионами металлов. Синтез и исследование физико-химических свойств таких соединений позволит получить эффективные и надежные катализаторы/медиаторы небиологической природы, которые наряду с наноматериалами станут основой для создания портативной диагностической платформы на основе микрофлюидных технологий для комплексного определения антиоксидантной емкости, уровня холестерина и глюкозы в исследуемый пробах. Успешная реализация проекта позволит заложить основу для дальнейших исследований в области определения других важнейших параметров биологических жидкостей в модульном портативном измерительном устройстве.
Особенно актуальной задача экспресс-диагностики становится в случае обнаружения бактериальных или вирусных агентов, а также маркеров онкологических заболеваний. Бактерии и вирусы, помимо непрерывной адаптации к действию фармацевтических препаратов, способны чрезвычайно быстро распространяться в окружающей среде и организме человека. Это неизбежно приводит к развитию массовых инфекционных заболеваний, в том числе абсолютно новых, неизвестных человечеству ранее, тем самым еще более затрудняя задачу ранней диагностики и лечения. В ряде случае обнаружение даже единичных инфекционных агентов может свидетельствовать о реальной угрозе заражения, а незначительное повышение уровня онкомаркеров в крови пациента – о ранних стадиях развития раковой опухоли.
Современные диагностические лаборатории используют в своей практике инструментальные биохимические методы анализа, такие как иммуноферментный анализ (ИФА), метод анализа, основанный на полимеразной цепной реакции (ПЦР анализ), серологические методы, а также методы бактериального посева с подсчетом колоний. Все эти диагностические процедуры требуют больших временных, материало- и трудозатрат, а также являются сугубо лабораторными, тогда как задачами зачастую являются быстрое выявление источника заражения «на месте» (on-site) или постановка точного диагноза непосредственно «у постели больного» (Point-of-care testing, POCT). Существенно приблизиться к решению вышеуказанных задач позволит создание портативных средств для экспресс-диагностики, ориентированных на персонализированное использование вне лечебного учреждения.
Исследование особенностей процессов иммунохимического взаимодействия в условиях проточной электрохимической микроячейки с использованием в качестве метки азолоазинов - соединений, обладающих сконденсированностью структур в физиологических условиях среды и имеющих высокое сродство с биологическими макромолекулами (в частности, с белками), позволит успешно использовать их с целью разработки новых методов бесферментного электрохимического иммуноанализа и иммуночипов на их основе для количественного определения инфекционных агентов и онкомаркеров. Уникальное сочетание специфичности иммунореакции и детектирование прямого аналитического сигнала от направленно-функционального фрагмента гетероциклической метки азолоазинового ряда, конъюгированной непосредственно с белковой структурой, приведет к существенному увеличению экспрессности, чувствительности и точности анализа, а применение современных портативных электрохимических детекторов позволит создать миниатюрное диагностическое устройство - иммуночип, способный эффективно работать как в стационарных медицинских лабораториях, так и в небольших лечебно-профилактических учреждениях и фельшердско-акушерских пунктах.
Уверенность в достижении поставленной цели обусловлена высокой квалификацией руководителя проекта и коллектива исполнителей, имеющих большой методологический и практический опыт как в области органического синтеза, так и в использовании современных методов аналитической химии, включая электрохимические методы синтеза и анализа (см. список публикаций).
