Биосенсорные тест-системы для направленного поиска генотоксикантов и оценки безопасности наноматериалов

С.Г. Скуридин; В.А. Дубинская; В.А. Быков; Ю.М. Евдокимов

Биосенсорные тест-системы для направленного поиска генотоксикантов и оценки безопасности наноматериалов

С.Г. Скуридин¹, В.А. Дубинская², В.А. Быков³, Ю.М. Евдокимов⁴

научная статья Страницы: 98-106

¹ д.б.н., вед. науч. сотрудник, Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН (Москва). E-mail: skuridin@ eimb.ru
² к.б.н., зав. отделом биомедицинских технологий, ГНУ ВИЛАР РАСХН
³ академик РАМН и РАСХН, директор ГНУ ВИЛАР РАСХН
⁴ д.х.н., зав. лабораторией конденсированного состояния нуклеиновых кислот, Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Ключевые слова: холестерические жидкокристаллические дисперсии ДНК биодатчики детекция биологически активных соединений и наночастиц золота

Аннотация

Рассмотрены общие принципы создания полифункциональных биодатчиков на основе жидкокристаллических дисперсий двухцепочечных молекул ДНК. Изложена методология стабилизации частиц жидкокристаллических структур на основе двухцепочечной ДНК в составе полимерного гидрогеля. Показано, что эти биодатчики способны обнаруживать биологически активные соединения (цитостатики, антимикробные и противовирусные препараты), вызывающие нарушение вторичной структуры ДНК или разрушающие наноразмерные чувствительные элементы, встроенные между соседними молекулами нуклеиновой кислоты, фиксированными в пространственной структуре частиц жидкокристаллической дисперсии. Исследование наночастиц золота, диаметр которых составлял ~ 2,5 и 15 нм, показало, что действие наночастиц малого размера нарушают вторичную структуру ДНК и амплитуда аномальной полосы в спектре КД уменьшается на 75 %, а при использовании наночастиц диаметром 15 нм - только на 20 %.

Для цитирования

Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Быков В.А., Евдокимов Ю.М. Биосенсорные тест-системы для направленного поиска генотоксикантов и оценки безопасности наноматериалов // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2012. № 1. С. 98–106.

Список источников

Скуридин С.Г., Евдокимов Ю.М. Частицы жидкокристаллических дисперсий ДНК как основа для создания чувствительных элементов биосенсоров // Биофизика. 2004. Т. 49. № 3. С. 468-485.
Yevdokimov Yu.M., Skuridin S.G., Lortkipanidze G.B. Liguid-crystalline dispersions of nucleic asids // Lig. Crystals. 1992. V. 12. P. 1-16.
Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Лагутина М.А., Ребров Л.Б., Быков В.А., Евдокимов Ю.М. Выявление генотоксикантов растительного происхождения при помощи биодатчиков пленочного типа // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. № 3. С. 38 - 51.
Дементьева О.В., Филиппенко М.А., Румянцева Т.Б. и др. Современные проблемы физической химии наноматериалов. М.: Граница. 2008. С. 76 - 91.
Duff D.G., Baiker A., Edwards P.P. A new hydrosol of gold clusters. 1. Formation and particles size variation // Langmuir. 1993. № 9.
Boisselier E., Astuc D. Gold nanoparticles in nanomedicine: preparation, imaging, diagnostics, therapies and toxicity // Chem. Soc. Rev. 2009. V. 104. P. 293 - 346.
Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Скуридин С.Г. Наноструктуры и наноконструкции на основе ДНК / под ред. Ю.М. Евдокимова. 2010. М.: Сайнс-Пресс. 256 с.
Компанец О.Н. Портативные оптические биосенсоры для определения биологически активных и токсических соединений // Успехи физических наук. 2004. Т. 174. № 6. С. 686 - 690.
Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Захаров М.А. и др. Выявление фармацевтических субстанций с комплексообразующими свойствами при помощи биоаналитической тест-системы на основе интегральных жидкокристаллических микрочипов ДНК // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2005. № 3-4. С. 64 - 74.
Гусев В.М., Компанец О.Н., Павлов А.М., Павлов М.А., Чулков Д.П. Евдокимов Ю.М., Скуридин С.Г., Дубинская В.А. Компактная биосенсорная аналитическая система медицинского назначения на базе одноволнового дихрометра СКД-4 // Тезисы докл. III Евразийского конгресса по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика - 2010». М. 21 - 25 июня 2010 г. Т. 4. С. 169 - 172.
Murphy C.J., Gole A.M., Stone J.W. et al. Gold nanoparticles in biology: beyond toxicity to cellular imaging // Acc. Chem. Res. 2008. V. 41. № 12. P. 1721-1730.
Boisselier E., Astruc D. Gold nanoparticles in nanomedicine: preparations, imaging, diagnostics, therapies and toxicity // Chem. Soc. Rev. 2009. V. 38. № 6. P. 1759-1782.
Zhang X.D., Guo M.L., Wu H. Y. et al. // Irradiation stability and cytotoxicity of gold nanoparticles for radiotherapy // Int. J. Nanomed. 2009. V. 4. № 9. P. 165-173.
Shukla R., Bansal V., Chaudhary M. et al. Biocompatibility of gold nanoparticles and their endocytotic fate inside the cellular compartment: A microscopic overview // Langmuir. 2005. V. 21. № 23. P. 10644 - 10654.
Wiwanitkit V., Sereemaspun A., Rojanathanes R. Effect of gold nanoparticles on spermatozoa: the first world report // Fertil. Steril. 2009. V. 91. № 1. P. e7-e8.
Goodman C.M., McCusker C.D., Yilmaz T. et al. Toxicity of gold nanoparticles functionalized with cationic and anionic side chains // Bioconjug. Chem. 2004. V. 15. № 4. P. 897-900.
Patra H.K., Banerjee S., Chaudhuri U. et al. Cell selective response to gold nanoparticles // Nanomedicine. 2007. V. 3. № 2. P. 111-119.
Khan J.A., Pillai B., Das T.K. et al. Molecular effects of uptake of gold nanoparticles in HeLa cells // Chembiochem. 2007. V. 8. № 11. P. 1237-1240.
Chithrani B.D., Ghazani A.A., Chan W.C.W. Determining the size and shape dependence of gold nanoparticle uptake into mammalian cells // Nano Lett. 2006. V. 6. № 4. P. 662-668.
Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Скуридин С.Г. Наноструктуры и наноконструкции на основе ДНК. М.: Радиотехника. 2009. 250 с.
Liu Y., Meyer-Zaika W., Franzka S. et al. Gold-cluster degradation by the transition of B-DNA into A-DNA and the formation of nanowires Angew // Chem. Int. Ed. 2003. V. 42. № 25. P. 2853-2857.
Жеренкова Л.В., Комаров П.В., Халатур П.Г. Моделирование процесса металлизации фрагмента молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты наночастицами золота // Коллоидный журнал. 2007. Т. 69. № 6. С. 753-765.
Zanchet D., Micheel C.M., Parak W.J. et al. Electrophoretic isolation of discrete Au nanocrystal/DNA conjugates // Nano Lett. 2001. V. 1. № 1. P. 32-35.

[1] Скуридин С.Г., Евдокимов Ю.М. Частицы жидкокристаллических дисперсий ДНК как основа для создания чувствительных элементов биосенсоров // Биофизика. 2004. Т. 49. № 3. С. 468-485.

[2] Yevdokimov Yu.M., Skuridin S.G., Lortkipanidze G.B. Liguid-crystalline dispersions of nucleic asids // Lig. Crystals. 1992. V. 12. P. 1-16.

[3] Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Лагутина М.А., Ребров Л.Б., Быков В.А., Евдокимов Ю.М. Выявление генотоксикантов растительного происхождения при помощи биодатчиков пленочного типа // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. № 3. С. 38 - 51.

[4] Дементьева О.В., Филиппенко М.А., Румянцева Т.Б. и др. Современные проблемы физической химии наноматериалов. М.: Граница. 2008. С. 76 - 91.

[5] Duff D.G., Baiker A., Edwards P.P. A new hydrosol of gold clusters. 1. Formation and particles size variation // Langmuir. 1993. № 9.

[6] Boisselier E., Astuc D. Gold nanoparticles in nanomedicine: preparation, imaging, diagnostics, therapies and toxicity // Chem. Soc. Rev. 2009. V. 104. P. 293 - 346.

[7] Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Скуридин С.Г. Наноструктуры и наноконструкции на основе ДНК / под ред. Ю.М. Евдокимова. 2010. М.: Сайнс-Пресс. 256 с.

[8] Компанец О.Н. Портативные оптические биосенсоры для определения биологически активных и токсических соединений // Успехи физических наук. 2004. Т. 174. № 6. С. 686 - 690.

[9] Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Захаров М.А. и др. Выявление фармацевтических субстанций с комплексообразующими свойствами при помощи биоаналитической тест-системы на основе интегральных жидкокристаллических микрочипов ДНК // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2005. № 3-4. С. 64 - 74.

[10] Гусев В.М., Компанец О.Н., Павлов А.М., Павлов М.А., Чулков Д.П. Евдокимов Ю.М., Скуридин С.Г., Дубинская В.А. Компактная биосенсорная аналитическая система медицинского назначения на базе одноволнового дихрометра СКД-4 // Тезисы докл. III Евразийского конгресса по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика - 2010». М. 21 - 25 июня 2010 г. Т. 4. С. 169 - 172.

[11] Murphy C.J., Gole A.M., Stone J.W. et al. Gold nanoparticles in biology: beyond toxicity to cellular imaging // Acc. Chem. Res. 2008. V. 41. № 12. P. 1721-1730.

[12] Boisselier E., Astruc D. Gold nanoparticles in nanomedicine: preparations, imaging, diagnostics, therapies and toxicity // Chem. Soc. Rev. 2009. V. 38. № 6. P. 1759-1782.

[13] Zhang X.D., Guo M.L., Wu H. Y. et al. // Irradiation stability and cytotoxicity of gold nanoparticles for radiotherapy // Int. J. Nanomed. 2009. V. 4. № 9. P. 165-173.

[14] Shukla R., Bansal V., Chaudhary M. et al. Biocompatibility of gold nanoparticles and their endocytotic fate inside the cellular compartment: A microscopic overview // Langmuir. 2005. V. 21. № 23. P. 10644 - 10654.

[15] Wiwanitkit V., Sereemaspun A., Rojanathanes R. Effect of gold nanoparticles on spermatozoa: the first world report // Fertil. Steril. 2009. V. 91. № 1. P. e7-e8.

[16] Goodman C.M., McCusker C.D., Yilmaz T. et al. Toxicity of gold nanoparticles functionalized with cationic and anionic side chains // Bioconjug. Chem. 2004. V. 15. № 4. P. 897-900.

[17] Patra H.K., Banerjee S., Chaudhuri U. et al. Cell selective response to gold nanoparticles // Nanomedicine. 2007. V. 3. № 2. P. 111-119.

[18] Khan J.A., Pillai B., Das T.K. et al. Molecular effects of uptake of gold nanoparticles in HeLa cells // Chembiochem. 2007. V. 8. № 11. P. 1237-1240.

[19] Chithrani B.D., Ghazani A.A., Chan W.C.W. Determining the size and shape dependence of gold nanoparticle uptake into mammalian cells // Nano Lett. 2006. V. 6. № 4. P. 662-668.

[20] Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Скуридин С.Г. Наноструктуры и наноконструкции на основе ДНК. М.: Радиотехника. 2009. 250 с.

[21] Liu Y., Meyer-Zaika W., Franzka S. et al. Gold-cluster degradation by the transition of B-DNA into A-DNA and the formation of nanowires Angew // Chem. Int. Ed. 2003. V. 42. № 25. P. 2853-2857.

[22] Жеренкова Л.В., Комаров П.В., Халатур П.Г. Моделирование процесса металлизации фрагмента молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты наночастицами золота // Коллоидный журнал. 2007. Т. 69. № 6. С. 753-765.

[23] Zanchet D., Micheel C.M., Parak W.J. et al. Electrophoretic isolation of discrete Au nanocrystal/DNA conjugates // Nano Lett. 2001. V. 1. № 1. P. 32-35.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи