ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
на соискание премии Правительства Москвы молодым ученым
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков и Российской академии наук выдвигает коллектив из двух авторов: Никитина Максима Петровича и Шипуновой Виктории Олеговны на соискание премии Правительства Москвы молодым ученым за 2016 год за разработку высокоспецифичных наноагентов и магнитометрических методов исследования их взаимодействия с клетками для персонализированной медицины.
1. Фамилия Имя Отчество
(Nikitin Maxim Petrovich), (Shipunova Victoria Olegovna).
2. Дата и место рождения
- 23.09.1986, Москва; - 05.03.1990, Таганрог.
3. Адрес места жительства
- 127562, г. Москва, ул. Каргопольская, ; - 117279, А, к. 1403.
4. Телефон
- 8 (916) 662-10-88; - 8 (985) 251-99-09.
5. Гражданство
и - РФ.
6. Место работы
и - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков и Российской академии наук. Лаборатория молекулярной иммунологии.
7. Должность
– с. н.с.; – м. н.с.
8. Ученая степень
- к. ф.-м. н.; – нет.
9. Адрес электронной почты
– max. *****@***com; – viktoriya. *****@***edu.
10. Номинация конкурса
Биология
11. Описание работы
На соискание премии выдвигается цикл работ коллектива, посвященный разработке высокоспецифичных наноагентов и сверхчувствительных магнитометрических методов исследования их взаимодействия с клетками для задач персонализированной медицины.
На сегодняшний день нанобиотехнологии открывают широкие возможности для поиска новых подходов к решению актуальных проблем диагностики и терапии тяжёлых заболеваний, а также развитию персонализированной медицины. Особое внимание в качестве новых и уникальных терапевтических и диагностических агентов привлекают к себе наночастицы и структуры на их основе, обладающие принципиально иными физико-химическими свойствами по сравнению с макро - и микроразмерными объектами, а также биомолекулами. Ожидается, что успехи нанобиотехнологий могут значительно улучшить качество жизни пациентов, страдающих от ряда серьёзных заболеваний.
Авторами была проведена комплексная работа по синтезу уникальных тераностических нано - и микроагентов и исследованию их свойств. В частности, был предложен универсальный подход к самосборке надмолекулярных комплексов на основе наночастиц различной природы и распознающих молекул, позволяющий создавать структуры с заранее заданными свойствами (например, магнетизм, флуоресценция и высокоспецифичное мечение раковых клеток) для их использования в диагностических и терапевтических целях (Nikitin MP, Zdobnova TA, Lukash SV, Stremovskiy OA, Deyev SM, PNAS 2010; Shipunova VO, Nikitin MP, Mironova KE, Nikitin PI, Deyev SM, IEEE-Nano 2015; Shipunova VO, Nikitin MP, Zelepukin IV, Nikitin PI, Deyev SM, Petrov RV, Dokl. Biochem. Biophys. 2015). Было показано, что такие структуры, полученные путём самосборки (а не ковалентного взаимодействия) обладают уникальной стабильностью в экстремальных условиях (Aghayeva UF, Nikitin MP, Lukash SV, Deyev SM, ACS Nano 2013). В качестве таких условий выступали высокие концентрации денатурирующих агентов, экстремальные значения pH и температуры, которые разрушают специфичные взаимодействия молекул, посредством которых была произведена самосборка наночастиц. Однако в составе нано - и микро-структур такие взаимодействия сохраняются, открывая широкие возможности к использованию данных многокомпонентных наносистем в биомедицине, в частности, для in vivo диагностики и терапии.
Однако для успешного использования наноагентов как in vivo, так и in vitro необходимо не только разрабатывать новые подходы к их дизайну, но и иметь удобные методы их детекции как для фундаментальных исследований, так и для прикладных биомедицинских задач.
Коллективом был разработан уникальный сверхчувствительный метод, позволяющий количественно исследовать взаимодействие наночастиц с клетками эукариот (Shipunova VO, Nikitin MP, Nikitin PI, Deyev SM, Nanoscale 2016). Задача исследования взаимодействия наночастиц с клетками очень часто сопряжена с рядом трудностей как экспериментального, так и экономического характера. Большинство используемых методов основаны на оптических или флуоресцентных свойствах детектируемых структур и налагают серьёзные ограничения на оптические свойства образцов и среды, в которой они находятся, и/или требуют введения дополнительных меток в состав наночастиц. Более, того флуоресцентные методы часто являются полуколичественными и не позволяют оценивать абсолютное число наночастиц, связавшихся с клетками. Точные аналитические методы (например, масс-спетрометрия с индуктивно связанной плазмой) требуют дорогостоящего оборудования и расходных материалов, длительной подготовки образцов и обработки данных и не позволяют работать с живыми клетками.
Разработанный коллективом метод – MPQ-цитометрия основан на оригинальной MPQ технологии (Magnetic Particle Quantification), детектирующей нелинейные магнетики на комбинаторных частотах с чувствительностью до 60 зептомолей наночастиц, и позволяет исследовать количество наночастиц на живых клетках без сложной пробоподготовки и длительной обработки данных. Метод работает в режиме реального времени, при комнатной температуре, а соответствующий детектор портативен (ВхШхГ: 18х10х4 см), не содержит движущихся частей и не требует дорогих нестандартных расходных материалов и технического обслуживания, делая его применение удобным в любых условиях.
По сравнению с оптическими методами, включая те, которые основаны на флуоресценции, на результаты измерений MPQ-цитометрии не влияют оптические свойства образца. Таким образом, метод позволяет детектировать наночастицы, связанные с клетками, даже в оптически непрозрачных средах (таких, как, например, цельная кровь или ткани) вне зависимости от многих факторов, таких как выгорание или окисление меток, зависимость их свойств от pH или температуры, аутофлуоресценция образцов, модификация наночастиц после интернализации в клетки и ряда других факторов.
Использование метода MPQ-цитометрии нацелено на изучение различных процессов взаимодействий между наночастицами и клетками, такими как интернализация и деградация, а также специфичное и неспецифичное связывание для выбора оптимальных частиц для различных биомедицинских применений, таких как адресная доставка лекарств, мониторинг клеток, магнитоуправляемая инженерия тканей и других применений. Также благодаря тому факту, что наряду с нано - и микрочастицами, магнитно могут быть мечены и другие биологические объекты, такие как белки, бактерии и вирусы, предложенный метод может быть использован и для изучения взаимодействия данных наноразмерных объектов с клетками.
Метод MPQ-цитометрии был успешно использован коллективом для исследования взаимодействия различных наноструктур направленного действия с живыми клетками различного происхождения (Nikitin MP, Shipunova VO, Nikitin PI, Deyev SM, Nature Nanotechnology 2014; Shipunova VO, Nikitin MP, Nikitin PI, Deyev SM, Nanoscale 2016; Shipunova VO, Nikitin MP, Lizunova AA, Ermakova MA, Deyev SM, Petrov RV, Dokl. Biochem. Biophys. 2013).
В частности, впервые были получены наночастицы с противораковыми антителами, достигающие специфичности при взаимодействии с клетками, сравнимой со специфичностью антител в молекулярной форме. Показано, что селективность связывания полученных частиц более 130 (отношение количества частиц, связавшихся с целевой популяцией клеток к количеству частиц, связавшихся с контрольными клетками).
Использование таких высокоспецифичных частиц наряду с методом MPQ-цитометрии позволяет рассматривать данный метод в качестве удобного инструмента строго количественной диагностики различных мембрано-ассоциированных маркёров заболеваний. Было показано, что разработанный метод позволяет детектировать слабые различия в уровне экспрессии онкомаркера HER2/neu, который обычно экпрессируется на базовом уровне во многих здоровых тканях человека. В клинической практике, HER2/neu статус обычно определяется полуколичественно иммуногистохимическим методом (по шкале от 0 до 3+, соответствующей выраженности окраски клеточной мембраны). В то время, когда результат 3+ рассматривается как положительный, а 0 или 1+ как отрицательный, пациент с результатом 2+ отправляется на дополнительную, гораздо более дорогостоящую диагностику. Это может быть, например, метод проточной цитометрии, являющийся “золотым стандартом” в клеточной биологии, однако его использование в клинике ограничено из-за дорогостоящего оборудования, необходимости присутствия высококвалифицированного персонала и постоянной технической поддержки.
Разработанный подход к анализу поверхностных антигенов клетки может служить как легкая в использовании альтернатива или дополнение к проточной цитофлуориметрии благодаря продемонстрированной коллективом высокой корреляции количественных данных по экспрессии HER2/neu, полученных разработанным магнетометрическим методом, так и классической проточной цитометрией. MPQ-цитомерия может быть потенциально использована как для эффективной in vitro диагностики (например, для образца крови или биоптата), так и для ex vivo диагностики (постоперативного определения статуса опухоли) в случаях, когда использование дорогого и непортативного оборудования невозможно, например, в полевых условиях или развивающихся странах.
Более того, MPQ технология детекции нелинейных магнетиков на комбинаторных частотах была успешно использована для детекции наночастиц в кровотоке лабораторных животных и изучения биораспределения наноструктур (Morozov VN, Kanev IL, Mikheev AY, Shlyapnikova EA, Shlyapnikov YM, Nikitin MP, Nikitin PI, Nwabuezee AO, van Hoeke ML, J. Aerosol Sci. 2013), что делает метод потенциально применимым для неинвазивной in vivo диагностики.
Новизна и актуальность работ научного коллектива подтверждается публикациями в ведущих научных журналах области нанотехнологий (Nature Nanotechnology, ACS Nano, PNAS, Nanoscale и другими). По тематике работы научным коллективом опубликовано 8 научных работ с суммарным импакт-фактором – 68.8, а именно:
1) Nikitin MP, Shipunova VO, Nikitin PI, Deyev SM, Nature Nanotechnology 2014;
2) Aghayeva UF, Nikitin MP, Lukash SV, Deyev SM, ACS Nano 2013;
3) Nikitin MP, Zdobnova TA, Lukash SV, Stremovskiy OA, Deyev SM, PNAS 2010;
4) Shipunova VO, Nikitin MP, Nikitin PI, Deyev SM, Nanoscale 2016;
5) Morozov VN, Kanev IL, Mikheev AY, Shlyapnikova EA, Shlyapnikov YM, Nikitin MP, Nikitin PI, Nwabuezee AO, van Hoeke ML, J. Aerosol Sci. 2013;
6) Shipunova VO, Nikitin MP, Zelepukin IV, Nikitin PI, Deyev SM, Petrov RV, Dokl. Biochem. Biophys. 2015;
7) Shipunova VO, Nikitin MP, Lizunova AA, Ermakova MA, Deyev SM, Petrov RV, Dokl. Biochem. Biophys. 2013;
8) Shipunova VO, Nikitin MP, Mironova KE, Nikitin PI, Deyev SM, IEEE-Nano 2015.
Таким образом, коллективу удалось получить ряд новых и интересных результатов, которые внесли заметный вклад развитие новых подходов к созданию наноагентов для персонифицированной медицины нового поколения и методов их детекции.
12. Электронный адрес профиля в международных реферативных базах данных и системах цитирования
- ResearcherID: I-4274-2014, ScopusID: 23005296100;
- ResearcherID: N-8786-2016, ScopusID: 55898341000.
13. Сведения об участии соискателя(ей) в научных мероприятиях (за последние 5 лет).
:
Keynote lecture – 1 из 12 выбранных из более чем 1500 докладов, Biosensors 2016 (Гётеборг, Швеция 2016). Приглашённый доклад: Merck-Estapor (Шанхай, Китай, 2014). Устные доклады: 17th International Conference “Laser Optics” (Санкт-Петербург, 2016); 11th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers (Ванкувер, Канада, 2016); 24-ый семинар Совета молодых учёных ИБХ РАН (Москва, 2015); 10th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers (Дрезден, Германия, 2014); XXV Зимняя молодёжная научная школа “Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии” (Москва, 2013); 10th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers (Миннеаполис, США, 2012); ESF Biosurfaces (Сан-Фелиу-де-Гишольс, Испания, 2011).
:
Устные доклады: 17th International Conference “Laser Optics” (Санкт-Петербург, 2016); 58-я и 55-ая научные конференции Московского Физико-Технического Института (Москва-Долгопрудный-Жуковский, 2015, 2012); IEEE Nano-2015 (Рим, 2015); XXVIII, XXVII, XXV Зимние молодёжные научные школы “Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии” (Москва, 2016, 2015, 2013); 17-я Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых “Биология – наука ХХI века” (Пущино, 2013); X конференция “Нанотехнологии в онкологии” (Москва, 2012). Стендовые доклады: 19-я Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых “Биология – наука ХХI века” (Пущино, 2015); Future Biotech (Звенигород, 2014); 10th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers (Дрезден, 2014); XXV Зимняя молодёжная научная школа “Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии” (Москва, 2013); IV Nanotechnology International Forum RusNanoTech (Москва, 2011).
14. Сведения о наличии у соискателя(ей) премий, призов и иных наград
– победитель Российского этапа Международного конкурса – Falling Walls Lab, 2016; стипендия Президента РФ 2015-2017; медаль РАН для студентов ВУЗов 2010; стипендия Президента РФ 2012-2014; финалист Зворыкинского проекта; лауреат премии “Лучшие аспиранты РАН” 2010; диплом I степени в конкурсе научных работ в области медицинской физики 2010; обладатель Кубка Техноваций 2009; обладатель премий 2 степени IV Международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий, RusNanoTech-2010 и RusNanoTech-2008; 3е место на конкурсе молодых ученых МосБиоТех’09; стипендия им. 2009; У. М.Н. И.К. 2008; стипендия фонда “Развитие” 2005-2007.
– Стипендия Президента Российской Федерации для аспирантов и молодых ученых, 2015; премия 2 степени на конкурсе стендовых докладов на 10th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers, Дрезден, Германия, 2014; У. М.Н. И.К. 2013; победитель Всероссийского молодежного конкурса научных работ по современным проблемам фундаментальных и прикладных наук, Международная научная школа для молодёжи и преподавателей “Прикладные математика и физика: от фундаментальных исследований к инновациям”, г. Долгопрудный, 2013; победитель конкурса магистерских диссертаций по направлению “Прикладные математика и физика”, Международная научная школа для молодёжи и преподавателей “Прикладные математика и физика: от фундаментальных исследований к инновациям”, г. Долгопрудный, 2013; премия 3 степени Конкурса молодых ученых в рамках XXV Зимней молодёжной научной школы “Перспективные направление физико-химической биологии и биотехнологии”, 2013; премия 1 степени IV Международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий, RusNanoTech-2011, Москва; повышенная государственная академическая стипендия за достижения в научно-исследовательской работе 2012-2013.
Директор ИБХ РАН, | (Подпись) М. П. |
« » _________ 2016 г.
