WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 35 |

«'ч ж Ж у. ч № Ж v ^ jjif 'slfe * |j j | ф v j^ vj АЛМАГАМБЕТОВ К.Х. МЕДИЦИНСКАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ $$ ш® ф ф Ф ф Ф ШФ ш • ' ~§р ^Р 5$ s& Астана - 2009 щ УДК 60 БКК 52.81 ...»

-- [ Страница 11 ] --

В медицинской практике клеточные биосенсоры чаще исполь­ зуются для экспресс-анализа крови, мочи, определения наличия токсинов в исследуемом материале и др.

3.2. Гелевые биочипы Биочипы - группа сенсоров (биосенсоров) на секционирован­ ной (состоящей из ячеек) матрице для параллельного анализа большого количества микрообразцов биологического материала.

В 1989 году ученые Института микробиологии РАН им. Эвгельгардта во главе с академиком А.Д. Мирзабековым, вицепрезидентом М еждународной организации изучения генома человека, чье имя «Нью-Йорк тайме» поставила на третье место в списке ученых,оказавших максимальное влияние на развитие высоких технологий XXI века, впервые в мире опубликовали статью о ДНК-чипах.

Биочипы как новая технология диагностики заболеваний человека основана в основном на «старых», хорошо известных реакциях взаимодействия молекул нуклеиновых кислот по принципу комплементарности азотистых оснований (ДНК-чипы) либо по механизму взаимодействия антигена с антителом (белко­ вые чипы) или как специфическая реакция взаимодействия 3.2. Гелевые биочипы изолированных или в составе клеток фермента(ов) с субстратом (соответственно, ферментные и клеточные сенсоры). В отличие от ПЦР, ИФА и фермент-субстратных реакций, выполняемых с одной молекулой ДНК, с антителом одной специфичности либо с одним ф ерментом д иагностические тесты с биочипам и это серийные реакции, проводящиеся одновременно с сотнями и тысячами молекул олигонуклеотидов либо одноцепочечны х антител Это микрореакции, размещающиеся в ячейках размером около 20 микрон (таких ячеек на поверхности одного биочипа может быть от сотен до нескольких тысяч). Результаты гибри­ дизации ком плем ентарны х олигонуклеотидов, образования комплекса антиген-антитело, наличие биохимической реакции взаимодействия фермента с субстратом определяются при помощи флуоресцентного мечения, измерения сил электростатического отталкивания, электропроводности, масс-спектрометрией (по возрастанию молекулярного веса зондового вещества) и др. С этой целью разработаны специальные автоматические анализаторы — биочип-детекторы.

Биочипы представляют собой ту или иную твердую подложку, на которой нанесены молекулы-зонды, способные быть узнанными или проявлять биологическую активность. Биочипы стали необхо­ димым инструментом диагностической медицины, нашли приме­ нение в исследовании экспрессии генов и генного полиморфизма;

эта технология позволяет выявлять воздействие факторов окру­ жающей среды на здоровье человека, изучать влияние новых лекарственных препаратов на организм.

В инженерном исполнении технология биочип-анализа подобна ш ироко применяемы м в пром ы ш ленности электронны м микросхемам, электронным плато. Современная инженерная техника позволяет создавать анализирующую матрицу (подложку биочипа, на которой размещаются ячейки) размером в несколько сантиметров.

Появление биочип-технологии, несомненно, является резуль­ татом разработок специализированных аппаратных, алгоритми­ ческих и программных средств. Конечно же, это результат тесного сотрудничества специалистов совершенно разных отраслей — молекулярных биологов, физиков, химиков, математиков, програм­ мистов, специалистов по микроэлектронике и др.

3. БИОСЕНСОРЫ И БИОЧИПЫ

К основным причинам востребованности и перспективности биочипов в медицинской диагностике относят высокую чувстви­ тельность, специфичность и воспроизводимость, простоту про­ м нож ества парам етров и относительно невы сокую стоим ость работ. Существующий рынок биочипов более чем на 90% пред­ ставлен олигонуклеотидными чипами (используются для диаг­ ностики целого ряда инфекционных, наследственных и онкологи­ ческих заболеваний), а оставш ийся объем занимаю т белковые чипы. Причина в том, что белки могут инактивироваться, терять специфичность и биологическую активность в процессе работы, с ними пока методически сложнее работать.

В биом едицинских и ф арм акологи ческих исследованиях в качестве распознающего биоэлемента в основном применяются:

олигонуклеотидные, белковые (на основе антител или ферментов) и клеточные биочипы.

биочипов:

- поверхностные биочипы, когда селектирующий биоматериал (стекло, пластик и др.);

- гелевые биочипы, в которых биомолекулы селектирующего материала равном ерно распределяю тся и иммобилизую тся на поверхности матрицы в составе, в объеме геля.

Главным элементом биочипов является матрица ячеек (раз­ мером от 10 до 100 микрон), каждая из которых содержит моле­ кулярные зонды, специфичные к одной из множества биологи­ ческих молекул или их фрагментов (например, последователь­ ностям ДНК, белка). Такими зондами могут служить олигонуклео­ тиды, фрагменты геномной ДНК, белки, фрагменты вариабельного домена антител и др.

В поверхностных матричных биочипах молекулярные зонды им м обилизую тся на поверхности м ем бран или пластинок из стекла, пластика и др. В гелевых биочипах зонды иммобилизуются или в слое полиакриламидного геля толщиной около 20 микрон, нанесенного на специально обработанную поверхность стекла или в полусферических гидрогелевых ячейках диаметром около микрон.

Как в поверхностных, так и в гелевых биочипах гибридизация происходит в результате диффузии анализируемых молекул из раствора в ячейку и последующ его образования комплексов.

Поскольку диффузия является медленным процессом, для уско­ рения кинетики гибридизации используют поперечное к поверх­ ности биочипа электрическое поле или индуцируют гидродина­ м ические потоки с помощ ью пери стальтических насосов, поверхностных акустических волн и др.

Гелевые биочипы представляют собой полусферические капли гидрогеля, фиксированные химической связью на поверхности стекла, пластика или силикона. Селектирующие биомолекулы равномерно распределяю тся и иммобилизуются химическими связями в объеме геля. Иммобилизация не на двумерной плоской поверхности, а в трехмерном объеме геля дает ряд существенных преимуществ (рис. 15).

Рис. 15. Двумерный поверхностный и трехмерный гелевый биочипы В десятки и сотни раз увеличивается емкость биочипа на еди­ ницу поверхности и соответственно увеличивается чувствитель­ ность измерений. Иммобилизованные макромолекулы как бы фиксированы в гомогенной водной среде, составляющей около 95% объема геля. Это исключает их взаимодействие как друг с другом, так и с твердой поверхностью, где гетерофазные процессы с участием фиксированных на ней биомолекул протекают более сложным образом. Это особенно существенно для белковых чипов, поскольку молекулы белков имеют тенденцию денатурации в интерфазе, образованной между твердой поверхностью и водной средой. Наконец, гелевые элементы на воздухе или под маслом

3. БИОСЕНСОРЫ И БИОЧИПЫ

превращаются как бы в изолированные микро- и нанолитровые пробирки, в каждой из которых можно проводить индивидуально различные специфические взаимодействия, химические и фермен­ тативные реакции. Регистрация происходящ их на биочипах процессов осуществляется с помощью флуоресцентных, а также в некоторых случаях хемилюминесцентных и масс-спектрометри­ ческих методов (рис. 16).

1. В анализируемый образец вводится флоуресцентная метка 2. Меченый образец помешается на биочип 3. Образец взаимодействует с ячейками биочипа Технология изгот овления гелевы х биочипов достаточно универсальна и может быть применена для производства чипов, содержащих различные по своей природе иммобилизованные зонды: ДНК, РНК, антитела, ферменты и пр.

Основные стадии технологии изготовления гелевых биочипов, разработанной в ИМБ РАН (рис. 17):

- на первой стадии (I) изготавливаются композиции, содер­ жащие биологически активное соединение, служащее зондом при анализе, и мономеры для формирования гидрогеля. Эти компо­ зиции с помощью дозаторов переносятся в микротитровальные планшеты;

- на второй стадии (II) композиции из микротитровальных план­ шетов переносятся на нефлуоресцирующую плоскую подложку (стекло, пластик, металл и т.д.) в виде массива микрокапель с 3.2. Гелевы е биочипы Рис. 17. Технология изготовления гелевых биочипов в ИМБ РАН помощью автоматического микродозатора (робота). Подложкой для иммобилизации гидрогелей являются стеклянные пластинки, обработанные специальным реагентом для создания непредельной метакрильной группы на поверхности стекла. Далее, на активи­ рованное таким образом стекло, роботом с пиновой технологией нанесения размещ ается полим еризационная см есь в виде микрокапель, содержащая иммобилизуемые зонды и гелеобразую­ щие мономеры. Ячейки находятся на гидрофобной поверхности подложки с определенным периодом; число ячеек на микрочипе может быть различным;

- на третьей стадии (III) массивы микрокапель подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения для инициирования процесса фотополимеризации. Ковалентная иммобилизация зон­ дов происходит при облучении микрочипа ультрафиолетовым светом, также применяется технология фиксации зонда (олигонуклеотида) к поверхности подложки при помощи лазерного луча без гелевой основы (рис. 18).

Иммобилизация протекает одновременно с полимеризацией геля, т.е. происходит ковалентное связывание зонда с компонентами растущей полимерной цепи в ходе фотоиндуцируемой полимеризации. Для того чтобы участвовать в реакции фотоиндуцируемой полимеризации, биологические соединения должны содержать активные группы, способные вступать в реакции замещения или присоединения с бифункциональными гелеобразующими мономерами (кросс-линкерами). В качестве таких активных групп могут выступать амино- и сульфгидрильные группы.

Биологические соединения, такие как белки, не нуждаются в дополнительной модификации, а олигонуклеотиды, ДНК и сахара перед проведением иммобилизации необходимо модифицировать введением в их структуру амино- либо сульфгидрильных групп.

3. БИОСЕНСОРЫ И БИОЧИПЫ

на стеклянную подложку молекул ДНК (а, б) меченных свечение положительных известных (чиповых) ДНК Рис. 18. Для иммобилизации микрокапли зонда на гелевой основе облучаются ультрафиолетовыми лучами через специальное «сито» (лучи полимеризуют, фиксируют зонд в ячейках гелевого биочипа), либо применяется лазерная - после указанных на схеме стадий биочипы еще проходят стадии «Отмывка» и «Проверка качества». На стадии «Отмывка»

из сформировавшихся гидрогелевых элементов биочипа вымы­ ваются компоненты, не вступившие в реакцию, а так же раство­ ритель, в котором происходило формирование гидрогеля.

Контроль качества осуществляется с помощью портативного широкопольного флуоресцентного микроскопа, оснащенного CCD-камерой, подключенного к ЭВМ, снабженной специальным программным обеспечением. Программное обеспечение позволяет распознавать элементы биочипа, обсчитывать их параметры (диаметр, объем и количество иммобилизованного биологически активного соединения), а также проводить статистическую обработку и выдавать информацию о пригодности чипа для конкретного приложения.

Данный формат биочипов относится к трехмерным (гелевым) чипам, в отличие от двумерных (поверхностных) чипов.



Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 35 |
 


Похожие работы:

«Л. Г. КУЗЬМЕНКО, Д. Ю.ОВСЯННИКОВ, Н. М.КИСЕЛЁВА ДЕТСКИЕ ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ Рекомендовано ГОУ ВПО Московская медицинская академия им. И. М. Сеченова в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям Лечебное дело, Педиатрия, Медико-профилактическое дело ACADEMIA Москва Издательский центр Академия 2009 УДК 616.9(075.8) ББК 57.33я73 К893 Рецензенты: профессор кафедры инфекционных болезней Московской медицинской академии им. И. М. Сеченова, д-р мед. наук В....»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.И.ВЕРНАДСКОГО Географический факультет ЛЕТОПИСЬ КАФЕДРЫ ГЕОЭКОЛОГИИ 2010-2011 учебный год Симферополь - 2011 Летопись кафедры геоэкологии ТНУ: 2010-2011 годы 2 Предисловие В прошедшем 2010-2011 учебном году кафедра геоэкологии продолжала совершенствовать свою преподавательскую работу и научно-исследовательскую деятельность. Учебный год был насыщен самыми разными интересными событиями. Основные...»

«Дисциплина Устойчивое развитие и социальная экология Полный конспект лекций Тема 1. Предмет социальной экологии как современной междисциплинарной науки. Особенности социально-экологических исследований. План 1. Определение социальной экологии. 2. Особенности социально-экологических исследований. Основные категории Социальная экология. Основное содержание темы Социальная экология — это научная дисциплина, изучающая закономерности совместного развития природы и общества. Социальная экология —...»

«РАЗРАБОТКА ДОКУМЕНТАЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА РЕМОНТНЫХ ДНОУГЛУБИТЕЛЬНЫХ РАБОТ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОЕКТНЫХ ГАБАРИТОВ АКВАТОРИИ И ПОДХОДНЫХ КАНАЛОВ В МОРСКИХ ПОРТАХ АРХАНГЕЛЬСК И ОНЕГА ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ КНИГА 2 МОРСКОЙ ПОРТ ОНЕГА Главный инженер А.В. Рябинин Главный инженер проекта М.И. Серченков 0106-4580-00-ПОВОС РАЗРАБОТАНО: Должность Подпись Дата И.О. Фамилия Руководитель отдела П.Ф. Романюк ОЭОП Главный специалист И.А....»

«Руководство по развитию экологического туризма в Казахстане Алматы, 2009 Руководство по развитию экологического туризма в Казахстане. Под общей редакцией Алии Тонкобаевой. Авторский коллектив: Вадим Ни, ОФ Азиатско-Американское партнерство - Введение, разделы I-III, VII; Искандар Мирхашимов, Региональный экологический центр Центральной Азии – раздел IV; Евгений Климов, ОФ Фонд интеграции экологической культуры - раздел V, VII; Алия Тонкобаева, ОФ Азиатско-Американское партнерство - раздел VI,...»

«Отчет о научно-исследовательской работе по теме Оценка современного состояния популяции средиземноморской черепахи (Testudo graeca nikolskii) на территории Государственного природного заповедника Утриш и подготовка комплекса рекомендаций по оптимизации охраны данного вида Исполнитель: Председатель совета НРОО Экологический центр Дронт Каюмов А.А. 2011 г. г. Нижний Новгород СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ Руководитель темы, координатор общества охраны амфибий и рептилий при НРОО Экологический центр Дронт,...»

«Государственное учреждение Республиканский научно-практический центр эпидемиологии и микробиологии СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИНФЕКЦИОННОЙ ПАТОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА Сборник научных трудов выпуск 6 Минск 2013 1 УДК 616.9(066)(045) ББК P.25.2.0.1 С 56 Сборник нучных трудов Основан в 2008 г. Редакционная коллегия: А.А. Горбуов (Беларусь), О.Е. Иванова (Российская Федерация), А.В. Мокиенко (Украина), Г.Г. Мелик-Андреасян (Армения), Э.И. Коренберг (Российская Федерация), И.К. Спыну (Молдова), Н.Н. Митрофанова...»

«ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПО БИОЛОГИИ Программа предназначена для поступающих на факультеты: биолого-почвенный: Биология, Почвоведение; фармацевтический факультет: Фармация; философии и психологии: Психология, Психолого-педагогическое образование, сокращенная программа бакалавриата на базе высшего профессионального образования по направлению Психология. Программа разработана на основе примерной программы по биологии (письмо Министерства образования РФ от 18 февраля 2000 г. №...»

«Поделенная белорусско Цель проекта состоит в созда польской границей Беловежская нии условий для устойчивого ра пуща представляет собой оста звития региона Беловежской пу ток огромного древнего лесного щи на основе совмещения охра массива, некогда простиравше ны природы и экологического гося от берегов Балтики до Буга туризма. и от Одера до Днепра. Богатство Кроме Беловежской пущи, на и уникальность биологического территории проектного региона разнообразия Беловежской пу расположено еще...»

«ПТИЦЫ СЕВЕРА НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ Книга III СОСТАВ ОРНИТОФАУНЫ ИЗДАТЕЛЬСТВО САРАТОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2007 УДК 598.2(470.44/.47) ББК 28.693.36(235.54) П87 Авторы: Е.В. Завьялов, Г.В. Шляхтин, В.Г. Табачишин, Н.Н. Якушев, Е.Ю. Мосолова, К.В. Угольников Птицы севера Нижнего Поволжья: В 5 кн. Кн. III. Состав П87 орнитофауны / Е.В. Завьялов, Г.В. Шляхтин, В.Г. Табачишин и др. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2007. – 328 с.: ил. ISBN 978-5-292-03687-6 В книге, посвященной орнитофауне севера Нижнего...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.