Синтез и применение нанозимов в иммуноанализе

 

В современной клинической лабораторной диагностике основным методом количественного анализа биомаркеров является иммуноферментный анализ. Такие ферменты, как пероксидаза хрена и щелочная фосфатаза, превращают бесцветные субстраты в окрашенные продукты, что делает их эффективными метками в иммуноферментных иммуноанализах. Нанозимы - это наноматериалы, обладающие ферментоподобной активностью, хотя механизм действия нанозимов и ферментов может быть различным. Нанозимы, имитирующие пероксидазу хрена (наночастицы переходных металлов, углеродные наноматериалы), обладают некоторыми преимуществами по сравнению с ферментами:

  • Лучшая физико-химическая стабильность

  • Настраиваемая активность

  • Более дешевый синтез

 

Мы разрабатываем методы синтеза нанозимов, регуляции их размеров и функционализации. Наиболее интересными для нас являются наночастицы берлинской лазури, наночастицы платины и наночастицы оксида железа. Берлинская лазурь - это синий пигмент с формулой AFeIII[FeII(CN)6]·xH2O (где A - Na, K, NH4) или FeIII4[FeII(CN)6]3·xH2O. Наночастицы берлинской лазури обычно получают из двух прекурсоров (например, со-осаждение FeCl3+K4[Fe(CN)6]) или из одного прекурсора (например, гидротермальное разложение K4[Fe(CN)6] или K3[Fe(CN)6]). Недавно группа проф. Аркадия Аркадьевича Карякина обнаружила, что наночастицы берлинской лазури, полученные восстановлением смеси FeCl3/K3[Fe(CN)6], обладают повышенной пероксидазоподобной активностью (10.1021/jacs.8b05223). Они назвали эти наночастицы "искусственной пероксидазой". В нашей лаборатории мы синтезировали наночастицы "искусственной пероксидазы" размером от 90 до 300 нм. Размер наночастиц регулировали добавлением хелатообразующих агентов, таких как лимонная или щавелевая кислоты.

 

Наночастицы берлинской лазури, синтезированные в присутствии лимонной кислоты, использовались в качестве каталитических меток при иммуноанализе простатспецифического антигена (ПСА) и антител против столбнячного анатоксина. Для этого наночастицы покрывали слоем желатина, молекулы желатина сшивали глутаровым альдегидом, после чего к свободным альдегидным группам желатиновой оболочки ковалентно присоединяли антитела против ПСА или стрептококковый белок G. Желатин придает наночастицам берлинской лазури превосходную коллоидную стабильность при различных значениях рН и высокой ионной силе. Антитела обеспечивают специфическое распознавание молекулы-мишени в ходе анализа.

 

Мы продемонстрировали, что нанозимы берлинской лазури являются перспективными метками для колориметрических анализов, однако они пока не превосходят пероксидазу из корней хрена. Их каталитическая активность, долгосрочная стабильность и способы функционализации нуждаются в улучшении. Наши текущие направления исследований:

  1. Синтез наночастиц "искусственной пероксидазы" размером менее 90 нм для применения в иммунохроматографии и иммунофильтрации

  2. Синтез наночастиц берлинской лазури в более крупном масштабе

  3. Повышение эффективности нанозимов в анализе за счет оптимизации состава субстратного раствора

 

Публикации:

Khramtsov, P., Valeev, R. G., Eryomina, M. A., & Rayev, M. (2025). Improving Nanozyme-Based Colorimetric Assays through Medium Composition Optimization in Nanozyme-Substrate Reaction. Analytical chemistry, 97(10), 5781–5788. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c07062

 

Nikitina M.D. Khramtsov P.V. Devyatov S. Valeev R. Eryomina M. Chukavin A. Rayev M.B. The development of a method to produce diagnostic reagents using LaNiO3 nanospheres and their application in nanozyme-linked immunosorbent assay for the colorimetric screening of C-reactive protein with high sensitivity // Analyst. 2024. P. 10.1039/D4AN01160K.

 

Khramtsov P.V., Nikitina M., Kiselkov D., Minin A., Chekanova L., Rayev M.B. Synthesis of Prussian Blue nanoparticles in water/alcohol mixtures // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2024. V.686. P. 133446.

 

Khramtsov, P.; Kropaneva, M.; Minin, A.; Bochkova, M.; Timganova, V.; Maximov, A.; Puzik, A.; Zamorina, S.; Rayev, M. Prussian Blue Nanozymes with Enhanced Catalytic Activity: Size Tuning and Application in ELISA-like Immunoassay. Nanomaterials 2022, 12, 1630. https://doi.org/10.3390/nano12101630