РАЗРАБОТКА НОВЫХ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ И ТЕРАПИИ НА ОСНОВЕ ДНК АПТАМЕРОВ

Цель работы: Разработка средств и методов диагностики, медицинской визуализации и терапии социально-значимых заболеваний. Основная научная задача проекта – разработка схемы полного цикла селекции аптамеров, анализа их свойств и способов их применения для диагностики и терапии. ДНК-аптамеры являются синтетическими лигандами для специфического связывания с определенными молекулярными мишенями. Их получают методом направленной эволюции из библиотек олигонуклеотидов. Существуют различные модификации классического метода селекции, различаемые в зависимости от типа мишени. Основные результаты, полученные в 2020 году: 1. Проведено полное протеомное профилирование мочи и плазмы крови больных хроническими болезнями почек (ХБП), плазмы крови больных хроническим лимфолейкозом (ХЛЛ), разработаны алгоритмы построения математических моделей для дифференциальной диагностики ХБП и предсказания времени начала терапии при ХЛЛ. 2. Отработан метод селекции с использованием ПЦР в эмульсии для патогенов пшеницы. 3. Отработан метод спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния для уточнения трехмерных структур аптамеров, показана принципиальная возможность использования метода для оценки внутримолекулярных и межмолекулярных связей. 4. На примере аптамеры к LC-18 отработаны методы квантовой химии, молекулярной динамики для определения пространственной атомарной модели аптамеров в физиологических условиях, согласующихся с данными МУРР. Отработаны методы молекулярного докинга взаимодействующих молекул, определения энергий их взаимодействия для доказательств сродства аптамера с мишенью. 5. Разработаны нанотранзисторы для диагностики с использованием аптамеров. 6. Отработаны способы концентрирования опухолевых клеток в микрофлюидных устройствах. 7. Отработаны методы электрохимической идентификации патогенов в растворах с помощью аптамеров, данные подтверждены проточной цитометрией. Доказан терапевтический эффект магнитодинамической терапии in vitro и in vivo с использованием наночастиц оксида железа в оболочке из арабиногалактана, конъюгированных с аптамерами. Показано, что аптамеры адресно доставляют наночастицы в опухоль. Обработка протеомов мочи и плазмы крови, проведенная с помощью машинного обучения, показала возможность отличия гипертонической нефропатии от других хронических заболеваний почек. В итоге работы представлена концепция двухэтапного подхода к дифференциальной диагностике ХБП, включающая комбинацию первичного протеомного анализа мочи для исключения гипертонического происхождения заболевания (с помощью Модели 2) с последующим проведением протеомного анализа плазмы крови для разделения диабетической нефропатии и гломерулонефрита (с помощью Модели 1). Для ХЛЛ на основе данных, полученных с помощью полного протеомного профилирования и уровней экспрессии отдельных белков, были получены регрессионные модели с наилучшей оценкой определения скорости развития ХЛЛ. В ходе выполнения НИР 2020 года был разработан оптимизированный метод селекции аптамеров путем использования ПЦР в эмульсии, благодаря которому при ПЦР в маленьких каплях реакция идет с большим выходом. Аптамеры использовали для магнитодинамической противоопухолевой терапии, МРТ, создания электрохимических сенсоров, нанотранзисторов, микрофлюидных чипов. Отработаны методы молекулярного моделирования и квантово-механического анализа аптамеров. Построены истинные трехмерные структуры аптамеров LC-18t и Gli-233 с помощью малоуглового рентгеновского рассеяния и молекулярного моделирования в свободном состоянии в жидкой среде. Проведен молекулярный докинг и построена модель взаимодействия аптамера Gli-233 c его белковой мишенью. Отработаны протеомные методы исследований. Разработка технологии создания новых средств диагностики и терапии – одно из наиболее актуальных и востребованных направлений развития современной науки.