Обзорная статья

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ НАНОКРИСТАЛЛЫ (КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ) В БЕЛКОВЫХ БИОЧИПАХ

^#Тел.: (495) 330-59-74; e-mail: voleinik@mail.ru

Учреждение Российской академии наук Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997 ГСП, Москва, В-437, ул. Миклухо-Маклая, 16/10

Поступила в редакцию 11.08.2010 г. Принята к печати 23.08.2010 г.

Понимание биологических процессов в клетках, тканях и организмах требует идентификации и анализа множества биологических объектов, механизмов их действия и регуляции. Технология биологических чипов (биочипов) является одним из наиболее эффективных инструментов, способных решить эту проблему. Биочипы обладают высокой производительностью и способны одновременно количественно регистрировать в мультиплексных тестах присутствие сразу многих молекул, содержащихся в микрообъемах. Биочипы позволяют проводить параллельный геномный или протеомный анализ здоровых или измененных болезнью тканей и клеток, выполнять сравнительный анализ, выявляя изменения, связанные с заболеванием. Для считывания сигнала с биочипов обычно используют органические красители, недостатком которых являются низкие фотостабильность и яркость и, кроме того, наличие флуоресцентного фона. Недавно показано, что использование полупроводниковых флуоресцентных нанокристаллов (квантовых точек) позволяет снять эти ограничения. Благодаря высокой яркости квантовые точки в форме коллоидных нанокристаллов (КТ) легко регистрируются как индивидуальные объекты с помощью обычного микроскопического оборудования; они чрезвычайно устойчивы к фототушению; обладают уникальными возможностями для мультиплексирования. КТ – идеальные флуорофоры для создания систем считывания информации с биочипов, позволяющие достичь чувствительности обнаружения на уровне единичных молекул.

Настоящая работа направлена на развитие подходов к применению КТ в детектирующих системах на основе биочипов. Продемонстрированы возможности применения КТ как в планарных (плоских или матричных) биочипах, так и в интенсивно развивающейся технике суспензионных (или жидких) биочипов. Последние получают все большее применение в аналитических системах для одновременной идентификации множества объектов протеомики, геномики, в оценке возможностей лекарственных соединений и в клинической диагностике. Основой этих систем являются спектрально кодированные элементы (обычно полимерные микросферы). Преимущества жидких биочипов (по сравнению с матричными плоскими твердотельными биочипами) определяются их свободой перемещения по всем трем координатам. Использование органических флуорофоров позволяет реализовать лишь ограниченное число кодов, т.е. одновременно анализируемых объектов (мультиплексность). Применение полупроводниковых КТ дает возможность не только существенно увеличить мультиплексность биочипов, но и улучшить их фотостабильность и чувствительность. Кроме того, использование в жидких биочипах эффекта FRET (Ферстеровский резонансный перенос энергии) позволяет повысить специфичность детекции. Отсутствие фонового сигнала от несвязанных с микрочастицами флуоресцентных меток увеличивает чувствительность анализа, что также повышает возможности мультиплексного анализа и диагностики.

Таким образом, комбинация техники биочипов и полупроводниковых КТ позволяет увеличить чувствительность метода и существенно повысить число детектируемых объектов (степень мультиплексности). Такая комбинация должна обеспечить существенный прорыв в решении задач протеомики, в частности при разработке новых лекарственных препаратов, в клинической диагностике, при идентификации молекулярных маркеров, понимании внутриклеточных механизмов.

Ключевые слова: протеомика; микрочипы; биочипы; квантовые точки; флуоресценция; проточная цитометрия; микроспектроскопия; диагностика.