Сотрудники лаборатории МГУ разработали материал, который способен детектировать инфицирование человека синегнойной палочкой
Сотрудники лаборатории физических методов биосенсорики и нанотераностики физического факультета МГУ совместно с немецкими учеными разработали наноструктурированный композитный материал на основе кремния и наночастиц золота и серебра, который способен детектировать инфицирование человека синегнойной палочкой. Исследование проходило при поддержке Российского научного фонда (РНФ), его результаты опубликованы в журнале Talanta.
Синегнойная палочка является резистентной ко многим антибиотикам и антисептикам грамотрицательной палочковидной бактерией. У людей с ослабленным иммунитетом эта бактерия может стать причиной таких заболеваний, как менингит, бронхит, пневмония, отит, а также вызвать поражение органов желудочно-кишечного тракта. Быстрая и доступная диагностика синегнойной палочки, особенно в случаях, требующих неотложной медицинской помощи, остается актуальной проблемой здравоохранения.
Обнаружить наличие синегнойной палочки в организме помогает то, что эта бактерия продуцирует характерные пигменты в ходе своей жизнедеятельности. В частности, ученые сфокусировали свое внимание на феназиновом пигменте — пиоцианине. При заболеваниях бронхолегочной системы, пиоцианин локализован в легких больного человека и может быть диагностирован из мокроты.
Детектирование пигмента бактерии стало возможным благодаря разработанному физиками МГУ наноструктурированному материалу и явлению гигантского поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния света (ГКР, SERS). Материал представляет собой подложку из кремниевых нанонитей, декорированных биметаллическими наночастицами серебро-золото. Пиоцианин, растворенный в воде и в искусственной мокроте человека, сорбировался на подложку, и за счет эффекта SERSудалось в десятки раз усилить сигнал от исследуемых биомолекул. Селективность сигнала обуславливалась наличием уникальных пиков — «отпечатков пальца» молекул анализируемого вещества в спектре ГКР. При этом характерные пики были разрешимы вплоть до концентрации пиоциаина в мокроте 6,25 мкМ, что как раз соответствует нижней границе концентрации бактерий в мокроте больного человека.
«В данной работе мы сфокусировались на создании высокочувствительных SERS-активных подложек, обладающих высоким коэффициентом усиления сигнала, что позволяет обнаружить молекулы пиоцианина вплоть до концентрации 10-9М. Перспективы дальнейших исследований неограниченны, ведь при соответствующей грантовой поддержке или поддержке индустриального партнера возможно инициировать подобные проекты по диагностике как в медицине, так и в нефтегазовой отрасли», — прокомментировала один из ведущих авторов исследования, младший научный сотрудник лаборатории Светлана Агафилушкина.
Последующие эксперименты ученых в рамках текущего проекта будут направлены на подбор оптимальных структурных и оптических характеристик сенсоров с целью детектирования химических веществ и биомолекул в ультрамалой концентрации.
«Мы показали, что разработанный нами наноматериал позволяет не просто быстро и точно обнаружить присутствие молекул пиоцианина, но и определить их концентрацию в мокроте, что крайне важно для идентификации стадии заболевания. В ближайшее время, SERS-активные биосенсоры будут исследованы на чувствительность и к другим микробиологическим объектам и биомолекулам. Например, как одно из потенциальных направлений, мы рассматриваем детектирование онкомаркеров», — отметила заведующая лабораторией Любовь Осминкина.