Page 75 - Программа - Всероссийский конгресс с международным участием «Нейронауки: интеграция теории и практики», 18-19 ноября 2022 года, Онлайн

Russian Military Medical
SCIENTIFIC REVIEWS Vol. 41 (4) 2022 Academy Reports
424
малых концентраций посторонних веществ [15, 16]. Данные контакты предназначены для создания элек-
Это определяет попытки разработки биосенсоров на ос- трического соединения между графеном и контактными
нове графена для диагностики различных заболеваний, выводами измерительного оборудования, позволяющего
в том числе и болезни Альцгеймера. Также изучается воз- оценить электрическое сопротивление.
можность использования графена в системах адресной Однако с учетом отсутствия у исходной пленки гра-
доставки лекарственных препаратов как элемента фото- фена способности по направленному определению тех
термической терапии. Рядом проведенных исследований или иных биологических молекул для практического при-
продемонстрировано, что графен может выступать в ка- менения необходимо придание ей селективных свойств.
честве эффективного средства усиления дифференци- Для этого выполняют вторичную обработку ее поверхно-
ровки стволовых клеток [17–22]. В то же время возмож- сти, получившую название функционализации. В ходе нее
ность детекции крайне низких количеств веществ делают создаются дополнительные ковалентные связи с после-
наиболее перспективным именно создание на его основе дующей иммобилизацией специфических антител. За счет
биосенсоров для исследования содержания отдельных этого становится возможной детекция строго определен-
биомаркеров не только в ликворе, но и в плазме крови ных биологических веществ (антигенов), прикрепляемых
в рамках диагностического поиска при болезни Альцгей- к комплементарным антителам посредством сайтов свя-
мера. зывания. Таким образом, в основе работы графенового
В качестве маркеров, предложенных для исследова- биосенсора лежит фундаментальная реакция иммунной
ния сыворотки крови с учетом классических современных системы, реализующая принцип взаимодействия соответ-
представлений о патогенезе болезни Альцгеймера, пред- ствующих друг другу антител и антигенов с формирова-
лагается использовать как τ-протеин, так и β-амилоид. нием комплекса по принципу ключ–замок (key-lock) [24].
Однако оказалось, что исследования этих двух белков На фоне данной реакции наблюдается резкое изменение
не позволяют диагностировать нейродегенеративную электрического сопротивления графена, что и фиксиру-
деменцию с достаточной чувствительностью и специфич- ется электронным оборудованием. Данная концепция
ностью. При этом полученные данные зачастую носят носит универсальный характер и может использовать-
противоречивый характер [13, 14, 23]. Для повышения ся для определения различных белковых соединений
эффективности диагностического поиска предлагает- в зависимости от наличия в сенсоре соответствующего
ся совместно с определением τ-протеина и β-амилоида антитела. Предварительная калибровка биологического
осуществлять детекцию других веществ, таких как непри- сенсора с заранее известными концентрациями искомого
лизин, никастрин, рецепторы конечных продуктов глико- биомаркера позволяет выполнять не только качествен-
зилирования, нейрогранин, бета-секретаза, легкие цепи ный, но и количественный анализ в представленном био-
нейрофиламентов, синаптофизин, отражающих патогене- логическом образце [25].
тические особенности развития заболевания. В настоящее время в литературных источниках имеются
В Физико-техническом институте им А.Ф. Иоффе осво- сведения, указывающие на принципиальную возможность
ен метод получения графена посредством термодеструк- применения графеновых биосенсоров при диагностике бо-
ции поверхности монокристаллических подложек SiC. лезни Альцгеймера. В частности, в эксперименте показана
Дополнительно разработана и внедрена в практику ме- возможность определения в растворах как β-амилоида, так
тодика предростового отжига кремниевых подложек, и τ-белка. При этом установлена высокая селективность
что, в свою очередь, позволило резко повысить качество данного метода, составляющая 98 %. Нижний порог опре-
вырабатываемого графена. Кроме того, для целей конт- деляемых веществ находился на уровне 100 фемтограмм
роля производства графеновых пленок применяется ряд на мл, что практически в 1 млн раз ниже, чем при исполь-
высокотехнологичных методик, таких как спектроскопия зовании иммуноферментного анализа, для которого чув-
комбинационного рассеяния света, Кельвин-зондовая си- ствительность не превышала 150 нанограмм на мл [18].
ловая и атомно-силовая микроскопия. Аналогичные результаты были получены и в другом ис-
Полученные графеновые пленки используются следовании, где было установлено, что чувствительность
для создания биологических сенсоров, способных опре- метода позволяет определять концентрации β-амилоида,
делять биомолекулы в концентрациях, недоступных значительно уступающие его содержанию в плазме крови.
для методов, применяющихся в стандартной лаборатор- Также был определен характер ответа сенсоров в виде из-
ной практике (иммуноферментный анализ, иммунопреци- менения сопротивления на различные концентрации белка,
питация, флуориметрический метод). Физическую осно- который показал линейную корреляцию с концентрацией
ву работы графенового сенсора составляет способность растворенного амилоида [26]. В других исследованиях пред-
последнего значимо менять показатели электрического принимались успешные попытки определения с помощью
сопротивления при осаждении на нем молекул любых графеновых биосенсоров иных веществ, играющих важную
веществ. Технически сенсор состоит из полоски графе- роль в патогенезе болезни Альцгеймера. В частности, про-
на, размещенной на изолирующей кремниевой подлож- водилось определение ряда нейротрансмиттеров, биохими-
ке SiC и обладающей двумя омическими контактами. ческих показателей оксидантного стресса и др. [27].

DOI: https://doi.org/10.17816/rmmar111884