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.