Разработка измерительного комплекса, методик определения

N-011-NT-MDT-1
Паспорт совместного российско-американского проекта
1. Название
Разработка измерительного комплекса, методик определения параметров
исследование воздействия коллоидных наночастиц на живые клетки и ткани.
и
2. Аннотация
Целью данного проекта является разработка новых методов оценки воздействия
наноматериалов на живые клетки и ткани как для оценки степени опасности, так и для
установления их метаболизма и механизма действия и использование этих методов для
медицинской и экологической диагностики.
Мотивацией выполнения данного совместного проекта будет объединение усилий
в решении большого объема существующих проблем в области безопасности
нанотехнологий и охраны окружающей среды.
В США созданы приборы для комплексного использования спектрофотометрии (в
моде отражения), флуоресцентной и КР спектроскопии (мультимодальная спектроскопия,
ММС), позволяющие разработать высокоинформативный метод диагностики состояния
тканей, совмещая световод и ММС (ксеноновая лампа (370-740 нм), аргоновый лазер (337
нм), и диодный лазер (830 нм), что применяется для диагностики состояния ткани при
патологии (атеросклероз, онкология) и на модельных системах (2009, American Institute of
Physics).
В РФ (заявителем проекта при сотрудничестве с ВНИИОФИ и Биологическим
факультетом МГУ) созданы приборы и разработаны методики для диагностики состояния
гемопорфирина гемоглобина больных сердечно-сосудистыми заболеваниями и сахарного
деабета. Разработана методика использования коллоидных частиц для ГКР
гемопорфирина. Известно, что гигантское комбинационное рассеивание (ГКР) позволяет
повысить разрешающую способность КР микроскопов. Разрабатываемая методика
позволит повысить чувствительность диагностики в медицине и экологии в 106 – 107 раз.
Совместный проект позволит создать эффективный методологический комплекс
для диагностики в медицине и экологии.
3. Описание предполагаемых результатов реализации проекта
(Определить в чем будет выражен результат реализации проекта. Например –
устройство, методика, продукт, трансфер технологий интеллектуальная
собственность)
Основным результатом проекта будет измерительный комплекс
реализующий измерения биообъектов методами лазерной интерфереционной
микроскопии
(ЛИМ),
флуоресцентной
микроскопии,
комбинационного
рассеивания (КР) и атомносиловой микроскопии (АСМ) в одной измерительной
ячейке.
Разработка высокоэффективной методики регистрации ГКР сигнала
гемоглобина эритроцита; создание комплекса для регистрации распределения
гемоглобина в эритроците ( КР, ЛИМ и АСМ); продуктом является
сертифицированный прибор-комплекс; разработка комплексного метода выявления
распределения и локализации коллоидных частиц в клетке;
4. Наиболее близкие по тематике проекты в мире, реализующиеся в настоящее
время (не более 5 аналогов)
(в т.ч. по предполагаемым результатам)
1. Измерительный комплекс фирмы Брукер (ЕС): Bruker - Catalyst-IRIS и Innova-IRIS:
http://www.bruker-axs.com/integrated_afm-raman_imaging_system_module.html
2. Измерительный комплекс фирмы Токио Инструментс (Япония): JPK - NanoWizard 3http://www.jpk.com/nanowizard-3-bioscience-afm.535.html
3. Измерительный комплес Witec – Alpha (Германия):
http://www.witec.de/en/products/raman/alpha300r/
4. Измерительный комплекс Интегра Спектра НТ-МДТ: http://www.ntmdt.ru
5. Новизна, описание конкурентных преимуществ результатов (Отличительные
особенности новизны и конкурентных преимуществ не имеющихся на
сегодняшний момент, а нацеленных на предполагаемый конечный результат
реализации проекта. Характеристики, методы, определяющие новизну и
конкурентные преимущества по отношению к аналогам П 4.)
Применение ГКР коллоидных частиц на эритроцитах позволит повысить
чувствительность метода в 106 раз и выявить патологические изменения
примембранного гемоглобина в эритроцитах и хлорофилла в водорослях.
6. Кто является потенциальным потребителем результатов (Указываются
потенциальные потребители, которые будут использовать, коммерциализовывать
результат совместного проекта.)
Потенциальными потребителями результатов проекта будут научноисследовательские организации в области медицинской диагностики, охраны
окружающей среды, лаборатории мониторинга загрязнения окружающей среды,
диагностические медицинские лаборатории.
Коммерциализовать результаты совместного проекта будут компании,
специализирующиеся в разработке и продаже оборудования для медицины и
экологии
7. Где, когда и какой эффект, в т.ч. экономический, ожидается от использования
результатов проекта
(В какой отрасли исследования или на каком рынке ожидается эффект от
использования результатов? Когда и какой? Дать прогноз.)
Для диагностики в медицине и экологии;
приборостроение, медицина,
фармакология. Начало продаж разработанного оборудования можно ожидать через
2 года.
Эффект и социальная значимость результатов данного проекта определяется
направленностью на оценку воздействия наноматериалов на жизнедеятельность клетки а
также на биомедицинскую диагностику заболеваний путем непосредственного
наблюдения за надмолекулярными системами и состоянием отдельной клетки и ее
структур. Кроме того, результаты работы смогут применяться при разработке новых
лекарственных препаратов для контроля доставки биологически активных веществ,
регулирующих
функции
клеток
(например,
синтетические
вакцины
и
компактизированные антитела - «наноантитела»).
8. Предполагаемые организации – участники консорциума по профилям:
научные, образовательные, бизнес. Контактная информация руководителей
проекта в каждой организации и общего координатора
(Подчеркивается
реализация проектов при трехстороннем взаимодействии,
позволяющего развивать потенциал науки, образования и бизнеса в совместных
инновационных проектах.)
Научные: НТ-МДТ, Биофак МГУ, ВНИИОФИ
Образовательные: МГУ;
Бизнес: НТ-МДТ
9. Описание вклада каждой организации в итоговый результат.
(Кто и какой вклад внесёт для получения результата?)
НТ-МДТ – разработка и изготовление приборной базы;
Биофак МГУ – разработка биологической составляющей методик;
ВНИИОФИ – разработка оптических измерений
10. Преимущества от участия иностранных организаций
(Необходимо попытаться доказать, что результат не может быть достигнут без
использования преимуществ зарубежных организаций. Пример – доступ к
технологиям – каким конкретно.)
Комплексное применение
спектрофотометрии (в моде отражения),
флуоресцентной и КР спектроскопии (мультимодальная спектроскопия, ММС)
позволит разработать высокоинформативный метод диагностики состояния клеток
и тканей. Совмещенный световод и ММС (ксеноновая лампа (370-740 нм),
аргоновый лазер (337 нм), и диодный лазер (830 нм) уже использовались при
детектировании состояния ткани при патологии (атеросклероз, онкология) и на
модельных системах (2009, American Institute of Physics).
11. Потенциальные иностранные участники проекта, которые могли бы внести
существенный вклад в итоговый результат (Существующие, потенциальные
или желаемые иностранные партнеры).
1. Университеты Аризоны;
2. Университет Хьюстона, институт нанотехнологий - у НТ-МДТ есть соглашение в
стадии подписания.
3. American Institute of Physics, Нью-Йорк
12. Краткая предыстория формирования проекта
(Наличие предварительных договорённостей и предыдущего опыта сотрудничества
с иностранными партнёрами. Указать стадию проработки проекта.)
В 2008-2010 гг российскими участниками проекта (НТ-МДТ, ВНИИОФИ,
Биологический факультет МГУ) разработан измерительный комплекс на основе прибора
ИтеграСпектра НТ-МДТ и Лазерного Итерфереционного Микроскопа ВНИИОФИ и
разработаны некоторые методики измерений, в частности методики определения
результатов воздействия наночастиц на субклеточные структуры функционирующих
клеток:
«Методика регистрации присутствия нанодисперсных металлических колоидов
(серебро и золото) в растворе и на поверхности клеток (эритроцит, нервная клетка)»
«Методика регистрации топологии клеточных структур (эритроцит, нервная клетка)
при действии наночастиц (металлические коллоиды серебра и золота)»
В продолжение данного проекта предполагается провести усовершенствованиерекострукцию измерительного комплекса путем введение в комплекс более современного
специализированного для биологических исследований АСМ Интегра-Лайф НТ-МДТ с
микроманипуляторами и провести модеренизацию ЛИМ, разработать новые методики
измерений.
13. Предварительный план подготовки и реализации проекта (основные вехи) по
каждой организации, включая координационные мероприятия
(Срок получения предварительных и окончательных результатов. Предполагаемые
сроки (периодичность) координации мероприятий совместного проекта).
Предполагаемый срок выполнения проекта 3 года.
Предварительный результат – создание новой модификации измерительного
комплекса будет получен за 2 года.
Третий год проекта будет использован на исследования и доработку методик.
Будут разработаны следующие методики:
1. Методики комплексной оценки локализации коллоидных частиц в клетке (ГКР,
ФЛ, АСМ, ЛИМ) ; оценка функционального состояния клетки;
2. Методики реализации оптимальных условий для ГКР клетки
3. Комплексная методика диагностики состояния клетки в условиях ГКР;
4. Методики использования ГКР для диагностики в медицине и экологии;
14. Объем финансирования (существующий и необходимый), включая
предполагаемые источники и объемы софинансирования (Указывается
необходимый объем инвестиций для реализации проекта с указанием направлений
расходования средств (краткий финансовый план проекта).
В 2008-2010 гг российские участники проекта (НТ-МДТ, ВНИИОФИ, Биологический
факультет МГУ) получили бюджетное финансирование в размере 48,9 млн.руб.,
дополнительно было использовано 1,2 млн.руб. собственных средств НТ-МДТ. На 2011
год российские участники проекта надеются получить бюджетное финансирование в
размере 9 млн.руб.
Для наиболее полной реализации проекта российским участникам требуется
ориентировочно финансирование в размере 10 млн. долларов США на срок 3 года