Сотрудники лаборатории биоаналитических методов и оптических сенсорных систем химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова и кафедры наноматериалов факультета наук о материалах Московского университета разработали систему определения ультранизких количеств дофамина, адреналина и норадреналина в крови. Использование новой системы в портативных переносных устройствах позволит быстро и точно проводить мониторинг нейромедиаторного обмена в организме человека в режиме «point-of-care» (у постели больного). Работа опубликована в журнале Microchimica Acta.
Нейромедиаторы – важнейшие молекулы в организме человека. Они регулируют множество процессов, связанных с деятельностью сердечно-сосудистой, нервной и эндокринной систем. Нейромедиаторы и их метаболиты служат молекулярными маркерами, их соотношение в организме может указывать на склонность к развитию различных заболеваний или сигнализировать об уже происходящих нарушениях.
«Для получения сведений о здоровье человека необходимо определять концентрации сразу нескольких нейромедиаторов в одной пробе, – рассказала руководитель исследования, профессор кафедры аналитической химии химического факультета МГУ Ирина Веселова. – Информации об одной концентрации оказывается недостаточно, необходимо знать их соотношение. Это значит, что метод определения должен быть мультиплексным, позволять определять сразу несколько аналитов в одной пробе, но в то же время очень чувствительным».
Развитие некоторых заболеваний начинается при концентрациях нейромедиаторов на несколько порядков ниже, чем можно определить классическими аналитическими методами. Поэтому необходимо разрабатывать подходы, которые позволяют существенно снизить пределы обнаружения указанных маркеров.
«В данной работе мы предложили использовать новый вариант поверхностно-усиленной спектроскопии комбинационного рассеяния, – пояснила Ирина Веселова. – Ее также называют “методом оптических отпечатков”, поскольку она позволяет различать соединения, которые очень похожи между собой. И если на сегодняшний день спектроскопия очень хорошо справляется с качественным анализом, но по-прежнему остаются проблемы количественного анализа, особенно в матрицах сложного состава, к которым относятся биологические объекты».
Для решения проблемы количественного определения авторы дополнили этот метод индикаторной системой, которая правильно ориентирует молекулы на поверхности. Разработанную систему назвали «MIRRACLE» («Molecular Immobilization and Resonant Raman Amplification by Complex-Loaded Enhancers») за ее способность усиливать сигнал от нейромедиаторов, что позволяет проводить определение на уровне ниже миллиардных долей моля в литре. Такое решение позволило снизить известный предел обнаружения на 1-2 порядка.
«В нашем варианте за счет хорошо подобранных условий работы и состава поверхности можно получать не только селективный, но и воспроизводимый сигнал, – объяснила Ирина Веселова. – Это открывает пути к портативным системам, с помощью которых мы сможем мультиплексно определять нейромедиаторы в биологических объектах».
В будущем авторы планируют расширить круг исследуемых биологических объектов, перейти от плазмы крови к живым клеточным структурам. Также предлагается подстроить работу системы под определение нейромедиаторов в слюне и слезах, что откроет путь к неинвазивной медицинской диагностике.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
Автор фото: Александра Кучерова/пресс-служба химического факультета МГУ.
