НОВЫЙ КЛАСС БИОСЕНСОРОВ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИСЛОЙНЫХ ПЛЕНОК, СОДЕРЖАЩИХ НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ЕГО ВОЗМОЖНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ

Монтрель М. М., Сухоруков Г. Б., Сухоруков Б. И.
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292 Пущино; * Институт кристаллографии РАН, Москва
С использованием технологии Лэнгмюра-Блоджетт (ЛБ) и метода поочередной адсорбции получен новый класс молекулярных пленочных систем. Его отличительными особенностями являются: 1)мультислойная структура, в состав которой входят поочередно расположенные слои нуклеиновой кислоты и катионного амфифила либо поликатиона; 2) нерастворимость пленок в водных средах в сочетании с их хорошей гидратацией и проницаемостью для различных молекул-лигандов. Пленка может формироваться на любой твердой подложке, что позволяет использовать широкий спектр электрических, магнитных, оптических и др. физических методов анализа сенсорных свойств пленки; 3) возможность многократно использовать пленки как сенсорные элементы, вследствие обратимого связывания с ними лигандов; 4) иммобилизация нуклеиновой кислоты в пленке достигается за счет электростатического взаимодействия ее с катионным амфифилом или поликатионом. Этим разрабатываемые нами сенсоры принципиально отличаются от существующих в настоящее время, в которых иммобилизация происходит в результате образования ковалентной сшивки между нуклеиновой кислотой и поверхностью трансдьюсера. Ковалентная связь, как известно, существенно нарушает как структуру ДНК в области сшивки, так и структуру поверхности подложки. Более того, образовать такую химическую связь можно только лишь с подложкой, имеющей определенную молекулярную структуру; 5) возможность изготавливать пленки, поверхность которых будет заряжена положительно, отрицательно или нейтрально; 6) наконец, наиболее важная особенность наших пленок состоит в том, что в них может быть достигнута высокая степень пространственной упорядоченности нуклеиновой кислоты. Изменение этой упорядоченности при связывании нуклеиновыми кислотами тропных к ним молекул приводит к многократному повышению чувствительности разрабатываемых сенсоров. В этом случае измеряются характеристики самой пленки, а не адсорбированных ею лигандов. Исследование указанных пленок ставило целью выявить механизмы, позволяющие целенаправленно изменять их чувствительность и избирательность по отношению к таким лигандам как интеркаляторы двойной спирали ДНК и нуклеиновые мономеры - нуклеозиды и нуклеотиды. Оба типа лигандов связывались, прежде всего, с нуклеиновой компонентой пленок, но первые - за счет ван-дер-ваальсовых и электростатических взаимодействий, а вторые - путем образования водородных связей с основаниями нуклеиновой кислоты. Так, например, изучение связывания пленками [полицитидиловая кислота-полиаллиламин] А, Т, G и С нуклеотидов и нуклеозидов из их многокомпонентных смесей показало высокую избирательность пленок по отношению к комплементарным гуаниновым мономерам. Обнаружено значительное различие в связывании между нуклеозидами и 5'-мононуклеотидами, а также между 2'-3' и 3'-5' циклонуклеотидами. Регистрация связывания противоопухолевого антибиотика-интеркалятора дауномицина ЛБ-пленкой [ДНК-диоктадецилдиметиламмоний] методом КД по изменению молекулярной структуры пленки оказалась на два порядка более чувствительной, чем по поглощению связавшегося дауномицина (порог регистрации ~10-7 и 10-5 М соответственно). Обнаруженные нами закономерности изменения чувствительности и избирательности мультислойных пленок позволяют рассматривать их как перспективные материалы для аналитических целей в медицине.