RU2169770C1 - Жидкокристаллическая дисперсия на основе комплекса (нуклеиновая кислота - хитозан) как интегральный биодатчик и способ ее создания - Google Patents
Жидкокристаллическая дисперсия на основе комплекса (нуклеиновая кислота - хитозан) как интегральный биодатчик и способ ее создания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2169770C1 RU2169770C1 RU2000114544/13A RU2000114544A RU2169770C1 RU 2169770 C1 RU2169770 C1 RU 2169770C1 RU 2000114544/13 A RU2000114544/13 A RU 2000114544/13A RU 2000114544 A RU2000114544 A RU 2000114544A RU 2169770 C1 RU2169770 C1 RU 2169770C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chitosan
- liquid crystal
- molecules
- complex
- dispersion
- Prior art date
Links
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims abstract description 53
- 230000002535 lyotropic effect Effects 0.000 claims abstract description 38
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 239000003817 anthracycline antibiotic agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 claims abstract description 5
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000004986 Cholesteric liquid crystals (ChLC) Substances 0.000 claims description 46
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 14
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 14
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 14
- 238000002983 circular dichroism Methods 0.000 claims description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 238000001142 circular dichroism spectrum Methods 0.000 abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 230000003098 cholesteric effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000013543 active substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 abstract 1
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 27
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 27
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 20
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 14
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- STQGQHZAVUOBTE-UHFFFAOYSA-N 7-Cyan-hept-2t-en-4,6-diinsaeure Natural products C1=2C(O)=C3C(=O)C=4C(OC)=CC=CC=4C(=O)C3=C(O)C=2CC(O)(C(C)=O)CC1OC1CC(N)C(O)C(C)O1 STQGQHZAVUOBTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- WEAHRLBPCANXCN-UHFFFAOYSA-N Daunomycin Natural products CCC1(O)CC(OC2CC(N)C(O)C(C)O2)c3cc4C(=O)c5c(OC)cccc5C(=O)c4c(O)c3C1 WEAHRLBPCANXCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- STQGQHZAVUOBTE-VGBVRHCVSA-N daunorubicin Chemical compound O([C@H]1C[C@@](O)(CC=2C(O)=C3C(=O)C=4C=CC=C(C=4C(=O)C3=C(O)C=21)OC)C(C)=O)[C@H]1C[C@H](N)[C@H](O)[C@H](C)O1 STQGQHZAVUOBTE-VGBVRHCVSA-N 0.000 description 12
- 229960002897 heparin Drugs 0.000 description 10
- 229920000669 heparin Polymers 0.000 description 10
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 10
- HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N Heparin Chemical compound OC1C(NC(=O)C)C(O)OC(COS(O)(=O)=O)C1OC1C(OS(O)(=O)=O)C(O)C(OC2C(C(OS(O)(=O)=O)C(OC3C(C(O)C(O)C(O3)C(O)=O)OS(O)(=O)=O)C(CO)O2)NS(O)(=O)=O)C(C(O)=O)O1 HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 102000012286 Chitinases Human genes 0.000 description 7
- 108010022172 Chitinases Proteins 0.000 description 7
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- AOJJSUZBOXZQNB-TZSSRYMLSA-N Doxorubicin Chemical compound O([C@H]1C[C@@](O)(CC=2C(O)=C3C(=O)C=4C=CC=C(C=4C(=O)C3=C(O)C=21)OC)C(=O)CO)[C@H]1C[C@H](N)[C@H](O)[C@H](C)O1 AOJJSUZBOXZQNB-TZSSRYMLSA-N 0.000 description 2
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 2
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- BTCSSZJGUNDROE-UHFFFAOYSA-N gamma-aminobutyric acid Chemical compound NCCCC(O)=O BTCSSZJGUNDROE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004976 Lyotropic liquid crystal Substances 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 101100010166 Mus musculus Dok3 gene Proteins 0.000 description 1
- -1 N-acetylamino groups Chemical group 0.000 description 1
- 229930188522 aclacinomycin Natural products 0.000 description 1
- USZYSDMBJDPRIF-SVEJIMAYSA-N aclacinomycin A Chemical compound O([C@H]1[C@@H](O)C[C@@H](O[C@H]1C)O[C@H]1[C@H](C[C@@H](O[C@H]1C)O[C@H]1C[C@]([C@@H](C2=CC=3C(=O)C4=CC=CC(O)=C4C(=O)C=3C(O)=C21)C(=O)OC)(O)CC)N(C)C)[C@H]1CCC(=O)[C@H](C)O1 USZYSDMBJDPRIF-SVEJIMAYSA-N 0.000 description 1
- 229960004176 aclarubicin Drugs 0.000 description 1
- 229940009456 adriamycin Drugs 0.000 description 1
- 230000000259 anti-tumor effect Effects 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 229930188550 carminomycin Natural products 0.000 description 1
- XREUEWVEMYWFFA-CSKJXFQVSA-N carminomycin Chemical compound C1[C@H](N)[C@H](O)[C@H](C)O[C@H]1O[C@@H]1C2=C(O)C(C(=O)C3=C(O)C=CC=C3C3=O)=C3C(O)=C2C[C@@](O)(C(C)=O)C1 XREUEWVEMYWFFA-CSKJXFQVSA-N 0.000 description 1
- XREUEWVEMYWFFA-UHFFFAOYSA-N carminomycin I Natural products C1C(N)C(O)C(C)OC1OC1C2=C(O)C(C(=O)C3=C(O)C=CC=C3C3=O)=C3C(O)=C2CC(O)(C(C)=O)C1 XREUEWVEMYWFFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229950001725 carubicin Drugs 0.000 description 1
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 1
- 230000009920 chelation Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003537 radioprotector Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Liquid Crystal Substances (AREA)
Abstract
Изобретение относится к биотехнологии. Получена лиотропная холестерическая жидкокристаллическая дисперсия как интегральный биодатчик для определения в анализуемой жидкости биологически активных соединений, представляющая собой комплекс двуцепочечных молекул нуклеиновой кислоты (НК) с хитозаном в водно-солевом растворе физиологической ионной силы. Дополнительно комплекс содержит молекулы антрациклинового антибиотика. Создание дисперсии осуществляют смешиванием водного раствора хитозана и водно-солевого раствора НК с образованием хитозановых "сшивок", фиксирующих молекулы НК в составе дисперсии, которая обладает интенсивной полосой в спектре кругового дихроизма при λ ~ 270 нм. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области биотехнологии, оно может быть использовано в области медицинской и клинической биохимии, фармацевтической промышленности, молекулярной фармакологии, в экологической диагностике, а также в области биосенсорики и нанотехнологии.
Жидкокристаллические дисперсии на основе как свободных нуклеиновых кислот (НК), так и их комплексов с различными высокомолекулярными биологически активными соединениями, т.е. сложные пространственные образования, "строительными блоками" которых являются молекулы НК, вызывают все больший интерес исследователей как основа для создания интегральных биодатчиков.
В настоящее время известны два типа жидкокристаллических дисперсий, в которых в качестве "строительных блоков" использованы молекулы НК.
К первому типу относятся жидкокристаллические дисперсии, формируемые в результате фазового исключения молекул НК в водно-солевых полимерсодержащих растворах [патент РФ No 2032895]. Для этого типа дисперсий характерна аномальная отрицательная полоса в спектре кругового дихроизма (КД). Наличие этой полосы открывает принципиальную возможность для использования этого типа дисперсий в качестве чувствительных элементов (биодатчиков) для определения окрашенных биологически важных веществ.
Недостаток такого типа дисперсий состоит в том, что в этом случае "жесткая" холестерическая структура жидкокристаллической дисперсии не меняется при действии биологически активных соединений; это ограничивает их применение в биосенсорике. Кроме того, недостатки рассмотренного типа жидкокристаллических дисперсий НК состоят в следующем:
1. ограниченный интервал ионных условий, в котором существуют такие жидкокристаллические дисперсии, что делает невозможным их использование в качестве биодатчиков для определения окрашенных соединений, образующих комплексы с молекулами НК в условиях низкой ионной силы растворов;
2. необходимость использования высокой концентрации полимерного растворителя, обеспечивающего поддержание стабильной структуры такого типа дисперсий, что влияет на легкость и простоту их применения в качестве чувствительных элементов;
3. возможность определения только ограниченного круга окрашенных биологически активных соединений, взаимодействующих с молекулами НК;
4. недостаточная чувствительность к действию различных биологически активных или химических соединений, обусловленная наличием в их составе только одного "строительного блока", а именно НК, что существенно ограничивает возможность применения таких жидкокристаллических дисперсий в качестве биодатчиков широкого спектра действия в медицине, экологии и биотехнологии.
1. ограниченный интервал ионных условий, в котором существуют такие жидкокристаллические дисперсии, что делает невозможным их использование в качестве биодатчиков для определения окрашенных соединений, образующих комплексы с молекулами НК в условиях низкой ионной силы растворов;
2. необходимость использования высокой концентрации полимерного растворителя, обеспечивающего поддержание стабильной структуры такого типа дисперсий, что влияет на легкость и простоту их применения в качестве чувствительных элементов;
3. возможность определения только ограниченного круга окрашенных биологически активных соединений, взаимодействующих с молекулами НК;
4. недостаточная чувствительность к действию различных биологически активных или химических соединений, обусловленная наличием в их составе только одного "строительного блока", а именно НК, что существенно ограничивает возможность применения таких жидкокристаллических дисперсий в качестве биодатчиков широкого спектра действия в медицине, экологии и биотехнологии.
Известен также второй тип жидкокристаллических дисперсий на основе комплексов НК с поликатионами. Холестерическая жидкокристаллическая дисперсия комплексов (НК-поликатион), аномальная оптическая активность которой может проявляться только в очень узком интервале условий (например, ионная сила раствора и т.д.) [Докл. Акад. Наук, 1999, т. 365, С. 400-402], не может быть использована в качестве биодатчиков.
Недостатками этого типа жидкокристаллических дисперсий, не позволяющими использовать их в качестве биодатчиков, являются следующие:
1. ограниченный набор новых физико-химических свойств, в частности, отсутствие аномальной оптической активности, которая является наиболее эффективным критерием [патент РФ N 2107280], позволяющим следить за изменением свойств молекул НК при действии на эти молекулы биологически активных или химических соединений;
2. сложность однозначного предсказания свойств таких дисперсий, связанная с недостаточно изученными механизмами сложных химических процессов, необходимых для их создания;
3. жесткость структуры, обусловленная гексагональной упаковкой такой дисперсии, что приводит к невозможности ее "отклика" на действие биологически активных соединений;
4. узкий интервал условий существования таких дисперсий (ионная сила раствора и т.д.), что приводит к невозможности их использования в качестве чувствительных элементов биосенсорных устройств.
1. ограниченный набор новых физико-химических свойств, в частности, отсутствие аномальной оптической активности, которая является наиболее эффективным критерием [патент РФ N 2107280], позволяющим следить за изменением свойств молекул НК при действии на эти молекулы биологически активных или химических соединений;
2. сложность однозначного предсказания свойств таких дисперсий, связанная с недостаточно изученными механизмами сложных химических процессов, необходимых для их создания;
3. жесткость структуры, обусловленная гексагональной упаковкой такой дисперсии, что приводит к невозможности ее "отклика" на действие биологически активных соединений;
4. узкий интервал условий существования таких дисперсий (ионная сила раствора и т.д.), что приводит к невозможности их использования в качестве чувствительных элементов биосенсорных устройств.
Отмеченные выше недостатки обоих типов жидкокристаллических дисперсий на основе молекул НК или их комплексов с поликатионами существенно ограничивают или приводят к невозможности их применения в качестве интегральных биодатчиков в медицине, экологии и биотехнологии.
Известна молекулярная конструкция [патент РФ N 2139933], представляющая собой ансамбль из жестких двухцепочечных молекул НК, упорядоченных в пространстве в виде комплекса с антибиотиком в составе лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии, сформированной в водно-солевом растворе нейтрального полимера, а соседние молекулы НК фиксированы в пространстве полимерными хелатными "сшивками".
Известен также интегральный тип биодатчиков, созданный на основе молекулярной конструкции НК [патент РФ N 2139933]. Для этих биодатчиков характерно наличие аномальной оптической активности, дающей возможность для аналитического использования этих биодатчиков.
Известен способ создания молекулярной конструкции [патент РФ N 2139933] путем формирования лиотропной жидкокристаллической дисперсии НК в водно-солевом растворе нейтрального полимера, включающий стадии формирования жидкокристаллической дисперсии НК, образование комплекса (НК-антибиотик) и стадии хелатообразования при обработке дисперсии комплекса (НК-антибиотик) раствором соли двухвалентной меди.
Недостатками известной молекулярной конструкции, интегрального биодатчика на ее основе и способа создания являются следующие:
1. использование высокой концентрации полимерного растворителя, необходимой для поддержания исходной холестерической структуры молекулярной конструкции, что ограничивает ее применение в качестве чувствительного элемента биосенсорных устройств;
2. многостадийный процесс формирования молекулярной конструкции на основе молекул НК, что ограничивает легкость и простоту создания и применения этого типа биодатчиков.
1. использование высокой концентрации полимерного растворителя, необходимой для поддержания исходной холестерической структуры молекулярной конструкции, что ограничивает ее применение в качестве чувствительного элемента биосенсорных устройств;
2. многостадийный процесс формирования молекулярной конструкции на основе молекул НК, что ограничивает легкость и простоту создания и применения этого типа биодатчиков.
В основу предлагаемого изобретения положена задача создать новый тип жидкокристаллических дисперсий, упростить способ их формирования для того, чтобы сформированные жидкокристаллические дисперсии были стабильными, с предсказуемыми и регулируемыми свойствами, с расширенным интервалом условий существования, с пространственной структурой, параметры которой менялись бы в ответ на действие различных биологически активных соединений, что позволит использовать такую жидкокристаллическую дисперсию в качестве интегрального биодатчика, т.е. биодатчика широкого спектра действия, меняющего свои свойства при наличии в анализируемой среде биологически активных соединений, опасных, независимо от их природы, для здоровья человека и животных.
Поставленная задача решена созданием лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии, представляющей собой ансамбль из упорядоченных в пространстве жестких двухцепочечных молекул НК, причем согласно изобретению жидкокристаллическая дисперсия НК упорядочена в виде комплекса (НК-хитозан) в водно-солевом растворе в широком интервале ионных условий.
Хитозаны являются полусинтетическими аминополисахаридами, структура и свойства которых интенсивно изучаются в последние годы [Новые перспективы в исследовании хитина и хитозана. Материалы Пятой конференции. Москва - Щелково, изд-во ВНИРО, 1999, с. 7-295]. Хитозаны используются в пищевой, медицинской и косметической промышленности, а также исследуются как потенциальные радиопротекторы (вещества, предохраняющие организм человека от действия радиоактивного излучения). Поскольку в состав молекул хитозанов входят N-ацетиламиногруппы и положительно заряженные аминогруппы, они образуют комплексы с молекулами НК, что приводит к конденсации молекул НК.
Полученный новый тип жидкокристаллических дисперсий представляет собой ансамбль из жестких двухцепочечных молекул НК, связанных в комплекс с хитозаном и образующих частицы лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии, причем взаимное расположение молекул НК в пространстве зафиксировано за счет образования "сшивок" (НК-хитозан). Отличительной особенностью таких жидкокристаллических дисперсий является их существование в водно-солевом растворе физиологической ионной силы (0,15-0,3 М NaCl), сочетаемое с их лабильностью, т.е. возможностью перестроения их пространственной структуры в ответ на действие многих биологически активных соединений, а также сохранение присущих таким дисперсиям физико-химических (в частности, оптических) свойств, что открывает новые возможности для их использования в качестве интегральных биодатчиков.
При этом молекулы НК в составе комплекса (НК-хитозан), а также "сшивки" между молекулами НК могут гидролизоваться под действием специфических ферментов. Причем "сшивки" между молекулами НК могут вытесняться из состава комплекса (НК-хитозан) под действием различных факторов внешней среды.
Возможно формировать комплекс, используя дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), а именно добавляя к раствору ДНК низкой молекулярной массы раствор хитозана до образования комплекса (ДНК-хитозан).
Наличие разных по своей химической природе составных частей комплекса ("строительных блоков"), а именно молекул НК и хитозана, свойства которых могут меняться при действии на них разных химических или биологически активных соединений, в сочетании с сохранением легко детектируемой аномальной оптической активности, присущей холестерической жидкокристаллической структуре [Yu. М. Yevdokimov, S.G. Skuridin, V.I.Salyanov, 1988, Liq. Crystals, v. 3, N 11, p. 1443-1459], открывает возможность применения предлагаемой изобретением жидкокристаллической дисперсии в качестве интегрального биодатчика, т. е. биодатчика, оптические свойства которого могут, в частности, меняться при действии различных биологически активных соединений, нарушающих как структуру молекул НК, так и хитозана, а также факторов, нарушающих как целостность структуры НК, так и хитозана.
При этом вместо молекул ДНК в качестве "строительных блоков" можно использовать любые жесткоцепные полимеры, которые образуют холестерические жидкокристаллические дисперсии и структура которых позволяет осуществлять реакции комплексообразования с молекулами хитозана.
Желательно в качестве "строительного блока" использовать молекулы линейной двухцепочечной ДНК низкой молекулярной массы или двухцепочечных синтетических полидезоксинуклеотидов, поскольку эти полимеры не только образуют холестерические жидкокристаллические дисперсии при фазовом исключении, но и препараты которых полно охарактеризованы, доступны и относительно дешевы.
В качестве сшивающего агента могут быть использованы другие водорастворимые природные или синтетические поликатионы (например, полиаминосахара), способные взаимодействовать с молекулами НК, в результате чего образуется холестерическая жидкокристаллическая дисперсия.
Целесообразно в качестве такого сшивающего агента использовать водорастворимые молекулы хитозанов, содержащие в своем составе не только положительно заряженные аминогруппы, но и способные к образованию "сшивок" между молекулами НК.
Желательно, чтобы молекулы хитозанов содержали в своем составе до 50 мономерных звеньев и образовывали комплекс с молекулами НК, приводящий к формированию лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии, обладающей аномальной оптической активностью.
Желательно, чтобы в состав лиотропной холестеричекой жидкокристаллической дисперсии входили молекулы антрациклинового антибиотика, присутствие которых обеспечивает новые свойства жидкокристаллической дисперсии.
Поставленная задача решена также способом создания лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (НК-хитозан), в котором согласно изобретению дисперсия формируется в одну стадию путем смешения водного раствора хитозана и водно-солевого раствора НК, приводящего к формированию литропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (НК-хитозан), в которой соседние молекулы НК фиксированы в пространстве за счет "сшивок" (НК-хитозан), с образованием трехмерного ансамбля, сохраняющего аномальные оптические свойства, присущие холестерической структуре.
Предлагаемый способ создания лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (НК-хитозан) и ее использование в качестве интегрального биодатчика осуществляют следующим образом:
- формируют в водно-солевом растворе лиотропную холестерическую жидкокристаллическую дисперсию комплекса (НК-хитозан);
- измеряют аномальную оптическую активность полученного образца в области поглощения азотистых оснований НК; появление интенсивной аномальной полосы в спектре КД служит доказательством образования лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (НК-хитозан);
- добавляют химические или биологически активные вещества, способные тем или иным способом нарушить целостность "сшивки" хотя бы в одном месте, и по уменьшению амплитуды аномальной полосы в спектре КД определяют наличие названных веществ.
- формируют в водно-солевом растворе лиотропную холестерическую жидкокристаллическую дисперсию комплекса (НК-хитозан);
- измеряют аномальную оптическую активность полученного образца в области поглощения азотистых оснований НК; появление интенсивной аномальной полосы в спектре КД служит доказательством образования лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (НК-хитозан);
- добавляют химические или биологически активные вещества, способные тем или иным способом нарушить целостность "сшивки" хотя бы в одном месте, и по уменьшению амплитуды аномальной полосы в спектре КД определяют наличие названных веществ.
Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены примеры, характеризующие способ изготовления лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан), а также ее применение в качестве интегрального биодатчика со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
Фиг. 1 характеризует спектр поглощения водно-солевого раствора ДНК до (кривая 1) и после (кривая 2) добавления хитозана в координатах: "A - λ - длина волны (нм)".
Фиг. 1 характеризует спектр поглощения водно-солевого раствора ДНК до (кривая 1) и после (кривая 2) добавления хитозана в координатах: "A - λ - длина волны (нм)".
ДНК эритроцитов цыплят ("Reanal", Венгрия); молекулярная масса ДНК (0,3 - 0,6)•106 Да;
CДНК = 16,1 мкг/мл; CХит = 10 мкг/мл; 0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7.
CДНК = 16,1 мкг/мл; CХит = 10 мкг/мл; 0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7.
Фиг. 2 характеризует спектры КД исходного водно-солевого раствора ДНК (кривая 1) и лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан) (кривая 2) в координатах: "ΔA = (AL-AR) - λ - длина волны (нм)";
ΔA - круговой дихроизм (мм); 1 мм = 1•10-5опт. единиц; L = 1 см;
CДНК = 17 мкг/мл; CХит = 10 мкг/мл;
0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7.
ΔA - круговой дихроизм (мм); 1 мм = 1•10-5опт. единиц; L = 1 см;
CДНК = 17 мкг/мл; CХит = 10 мкг/мл;
0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7.
Фиг. 3 характеризует спектры КД лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан) до (кривая 1) и после (кривая 2) обработки антрациклиновым антибиотиком дауномицином (ДАУ) в координатах: "ΔA = (AL-AR) - λ - длина волны (нм)";
CДНК = 17 мкг/мл; CХит = 10 мкг/мл; CДАУ = 18,5•10-6 М;
0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7.
CДНК = 17 мкг/мл; CХит = 10 мкг/мл; CДАУ = 18,5•10-6 М;
0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7.
Фиг. 4 характеризует спектры КД лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан) в присутствии дауномицина до (кривая 1) и после (кривые 2-3) обработки хитиназой в течение, соответственно, 20 и 51 мин в координатах: "ΔA = (AL-AR) - λ -длина волны, (нм)";
CДНК = 17 мкг/мл; CХит = 10 мкг/мл; CДАУ = 18,5•10-6 М;
0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7.
CДНК = 17 мкг/мл; CХит = 10 мкг/мл; CДАУ = 18,5•10-6 М;
0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7.
Фиг. 5 характеризует спектры КД лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан) (кривая 1), этой же дисперсии в присутствии дауномицина (кривая 2), а также спектры КД этих дисперсий после обработки гепарином (кривые 3 и 4, соответственно) в координатах: "ΔA = (AL-AR) - λ - длина волны, (нм)";
CДНК = 17 мкг/мл; CХит = 10 мкг/мл; CДАУ = 18,5•10- М;
Cгепарин = 1 мкг/мл;
0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7.
CДНК = 17 мкг/мл; CХит = 10 мкг/мл; CДАУ = 18,5•10- М;
Cгепарин = 1 мкг/мл;
0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7.
Пример 1. Способ создания лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан) в водно- солевом растворе.
1.1. Создание лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан).
1.1. Готовят исходный водный раствор хитозана с концентрацией 5 мг/мл.
1.2. Лиотропную холестерическую жидкокристаллическую дисперсию комплекса (ДНК-хитозан) готовят в одну стадию, для чего к 2 мл водно-солевого раствора (0,15 М NaCl+0,001 М фосфатный буфер, pH ~6,7) ДНК эритроцитов цыплят ("Reanal", Венгрия; мол. масса ДНК ~(0,3 - 0,6)•106 Да, CДНК = 17 мкг/мл) добавляют 4 мкл раствора хитозана, приготовленного по п. 1, при перемешивании и затем регистрируют спектр поглощения и КД (фиг. 1 и 2). Появление кажущейся оптической плотности в спектре поглощения в области длин волн, превышающих 300 нм (фиг. 1), свидетельствует об образовании частиц дисперсии, рассеивающих падающее УФ-излучение. Появление интенсивной положительной полосы (фиг. 2) в спектре КД (λ ~ 270 нм) свидетельствует об образовании лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан), в которой между молекулами ДНК образуются "сшивки" из молекул хитозана, фиксирующие упорядоченное (анизотропное) расположеннее в частицах дисперсии.
Таким образом в водно-солевом растворе получают лиотропную холестерическую жидкокристаллическую дисперсию комплекса (ДНК-хитозан), состоящую из линейных двухцепочечных молекул ДНК, упорядоченных в пространстве и "сшитых" молекулами хитозана.
Пример 2. Изменение свойств лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан) в присутствии антрациклинового антибиотика.
В качестве представителя группы антрациклиновых антибиотиков, к которым относятся карминомицин, адриамицин, аклациномицин, виоламицин и др., ниже использован дауномицин.
2.1. Препарат ДАУ ("Sigma") растворяют в 1 мл дистиллированной воды при перемешивании.
2.2. К 2 мл лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан), приготовленной по п. 1.2, добавляют 10 мкл раствора по п. 2.1 (CДАУ=3,7•10-3 М) при перемешивании и затем регистрируют спектр КД (фиг. 3). Таким образом получают комплекс между молекулами ДНК, "сшитыми" хитозаном в составе жидкокристаллической дисперсии, и дауномицином.
Изменение знака полосы в спектре КД, зависящее от концентрации ДАУ, а также других соединений, образующих интеркаляционные комплексы с молекулами ДНК в составе жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан), может быть использовано для определения этих соединений.
Тот факт, что молекулы многих химических и биологически активных соединений расщепляют хитозановые "сшивки" или вытесняют их из состава комплекса, открывает возможность для применения холестерических жидкокристаллических дисперсий комплекса (ДНК-хитозан) или смешанного комплекса (ДНК-ДАУ-хитозан) в качестве интегрального биодатчика. Нарушение целостности "сшивки" или ее "уход" из состава комплекса приведет к уменьшению оптического сигнала, генерируемого дисперсией. Уменьшение оптического сигнала связано с концентрацией определяемого химического или биологически активного соединения в пробе.
Ниже приведены примеры применения холестерических жидкокристаллических дисперсий комплекса (ДНК-хитозан) или смешанного комплекса (ДНК-ДАУ-хитозан) для обнаружения фермента, расщепляющего молекулу хитозана (хитиназа), или вытесняющего хитозан из состава комплекса (гепарин).
Пример 3. Определение наличия хитиназы в растворе.
3.1. К 2 мл лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-ДАУ-хитозан), по п. 2.2, добавляют 100 мкл раствора хитиназы при перемешивании и регистрируют спектры КД в области поглощения ДНК (230-350 нм) с интервалом 10-15 мин.
При добавлении хитиназы амплитуда отрицательной полосы в спектре КД (фиг. 4) резко уменьшается. Это означает, что обработка лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-ДАУ-хитозан) хитиназой приводит к разрушению хитозановых "сшивок", фиксирующих холестерическую структуру дисперсии. Разрушение "сшивок" приводит к переходу молекул ДНК из упорядоченного жидкокристаллического состояния, характеризуемого высокой оптической активностью, в изотропное состояние с низкой оптической активностью.
Таким образом, при наличии соответствующей калибровочной кривой при помощи лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-ДАУ-хитозан) можно определять концентрацию хитиназы в анализируемой жидкости.
Пример 4. Определение наличия гепарина в растворе.
4.1. Готовят водный раствор гепарина с концентрацией 1 мг/мл.
4.2. К 2 мл лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан), по п. 1.2, добавляют 2 мкл раствора гепарина по п. 4.1 при перемешивании и регистрируют спектры КД в области поглощения ДНК (230-350 нм) с интервалом 2-3 мин.
4.3. К 2 мл лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-ДАУ-хитозан), по п. 2.2, добавляют 2 мкл раствора гепарина по п. 4.1 при перемешивании и регистрируют спектры КД в области поглощения ДНК (230-350 нм) с интервалом 2-3 мин.
Добавление гепарина сопровождается резким уменьшением амплитуды как положительной, так и отрицательной полос в спектре КД (фиг. 4). Это означает, что обработка лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии комплекса (ДНК-хитозан) или (ДНК-ДАУ-хитозан) гепарином сопровождается образованием более прочного комплекса (хитозан-гепарин), что приводит к "уходу" молекул хитозана из состава холестерических жидкокристаллических дисперсий и переходу молекул ДНК в оптически неактивное изотропное состояние.
Таким образом, примеры 2 - 4 показывают, что лиотропные холестерические жидкокристаллические дисперсии комплекса (ДНК-хитозан) или (ДНК-ДАУ-хитозан) позволяют обнаруживать наличие в анализируемой жидкости соединений, разрушающих хитозановые "сшивки" или вытесняющих их из состава дисперсии.
Следовательно, лиотропные холестерические жидкокристаллические дисперсии комплекса (ДНК-хитозан) или (ДНК-ДАУ-хитозан) представляют собой интегральный биодатчик, свойства которого могут меняться в присутствии в анализируемой жидкости достаточно широкого круга соединений различной природы.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в биосенсорике, медицинской и клинической биохимии, в молекулярной фармакологии, а также в наноэлектронике. Лиотропные холестерические жидкокристаллические дисперсии комплекса (НК-хитозан) предназначены для использования в медицине в качестве интегрального биодатчика, реагирующего, в частности, на изменение концентрации антиопухолевых антибиотиков, образующих интеркаляционные комплексы с ДНК, в клинической биохимии, молекулярной фармакологии и молекулярной энзимологии для определения биологически активных соединений, разрушающих хитозановые "сшивки" или вытесняющие их из состава дисперсии, а также соединений, гидролизующих молекулы ДНК.
Claims (7)
1. Лиотропная холестерическая жидкокристаллическая дисперсия как интегральный биодатчик для определения в анализируемой жидкости биологически активных соединений, представляющая собой комплекс жестких двухцепочечных молекул нуклеиновой кислоты (НК) с хитозаном в водно-солевом растворе физиологической ионной силы.
2. Лиотропная холестерическая жидкокристаллическая дисперсия по п.1, отличающаяся тем, что молекулы НК в составе дисперсии фиксированы в пространстве "сшивками" из молекул хитозана.
3. Лиотропная холестерическая жидкокристаллическая дисперсия по п.1, отличающаяся тем, что молекулы НК в составе комплекса могут гидролизоваться специфическими ферментами.
4. Лиотропная холестерическая жидкокристаллическая дисперсия по п.2, отличающаяся тем, что "сшивки" между молекулами НК гидролизуются под действием специфических ферментов.
5. Лиотропная холестерическая жидкокристаллическая дисперсия по п.2, отличающаяся тем, что "сшивки" между молекулами НК могут вытесняться из состава комплекса под действием факторов внешней среды.
6. Лиотропная холестерическая жидкокристаллическая дисперсия по п.1, отличающаяся тем, что комплекс дополнительно содержит молекулы антрациклинового антибиотика.
7. Способ создания лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии по п.1, характеризующийся тем, что дисперсия формируется путем смешения водного раствора хитозана и водно-солевого раствора НК с образованием хитозановых "сшивок", фиксирующихся молекулы НК в составе дисперсии, которая обладает интенсивной полосой в спектре кругового дихроизма при λ ~ 270 нм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000114544/13A RU2169770C1 (ru) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Жидкокристаллическая дисперсия на основе комплекса (нуклеиновая кислота - хитозан) как интегральный биодатчик и способ ее создания |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000114544/13A RU2169770C1 (ru) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Жидкокристаллическая дисперсия на основе комплекса (нуклеиновая кислота - хитозан) как интегральный биодатчик и способ ее создания |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2169770C1 true RU2169770C1 (ru) | 2001-06-27 |
Family
ID=20235886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000114544/13A RU2169770C1 (ru) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Жидкокристаллическая дисперсия на основе комплекса (нуклеиновая кислота - хитозан) как интегральный биодатчик и способ ее создания |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2169770C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2224781C2 (ru) * | 2002-04-18 | 2004-02-27 | ООО "Биоаналитические технологии" | Полифункциональный жидкокристаллический композит на основе двухцепочечной нуклеиновой кислоты и способ его получения |
| RU2293766C2 (ru) * | 2005-04-13 | 2007-02-20 | Дмитрий Геннадьевич Дерябин | Способ получения надмолекулярных композитов |
| RU2440575C1 (ru) * | 2010-08-23 | 2012-01-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Способ определения физиологических концентраций гепарина в анализируемых жидких пробах |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2123008C1 (ru) * | 1997-10-28 | 1998-12-10 | Институт молекулярной биологии имени В.А.Энгельгардта РАН | Способ определения гепарина |
| RU2139933C1 (ru) * | 1998-11-26 | 1999-10-20 | Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН | Молекулярная конструкция на основе жидкокристаллической дисперсии нуклеиновой кислоты как интегральный биодатчик и способ ее создания |
-
2000
- 2000-06-09 RU RU2000114544/13A patent/RU2169770C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2123008C1 (ru) * | 1997-10-28 | 1998-12-10 | Институт молекулярной биологии имени В.А.Энгельгардта РАН | Способ определения гепарина |
| RU2139933C1 (ru) * | 1998-11-26 | 1999-10-20 | Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН | Молекулярная конструкция на основе жидкокристаллической дисперсии нуклеиновой кислоты как интегральный биодатчик и способ ее создания |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2224781C2 (ru) * | 2002-04-18 | 2004-02-27 | ООО "Биоаналитические технологии" | Полифункциональный жидкокристаллический композит на основе двухцепочечной нуклеиновой кислоты и способ его получения |
| RU2293766C2 (ru) * | 2005-04-13 | 2007-02-20 | Дмитрий Геннадьевич Дерябин | Способ получения надмолекулярных композитов |
| RU2440575C1 (ru) * | 2010-08-23 | 2012-01-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Способ определения физиологических концентраций гепарина в анализируемых жидких пробах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Skorik et al. | N-(2-Carboxyethyl) chitosans: regioselective synthesis, characterisation and protolytic equilibria | |
| Kasaai | Various methods for determination of the degree of N-acetylation of chitin and chitosan: a review | |
| Skorik et al. | Synthesis of N-succinyl-and N-glutaryl-chitosan derivatives and their antioxidant, antiplatelet, and anticoagulant activity | |
| Luo et al. | Resonance Rayleigh scattering spectra for studying the interaction of heparin with some basic phenothiazine dyes and their analytical applications | |
| Lamarque et al. | Physicochemical behavior of homogeneous series of acetylated chitosans in aqueous solution: Role of various structural parameters | |
| Tsaih et al. | Effects of ionic strength and pH on the diffusion coefficients and conformation of chitosans molecule in solution | |
| CN109298112B (zh) | 一种测定透明质酸含量的方法 | |
| BURKE et al. | Evaluation of chitosan as a potential medical iron (III) ion adsorbent | |
| Kim et al. | Determination of urea concentration using urease-containing polyelectrolyte microcapsules | |
| Müller et al. | Comparison of the carbohydrate biological response modifiers Krestin, schizophyllan and glucan phosphate by aqueous size exclusion chromatography with in-line argon-ion multi-angle laser light scattering photometry and differential viscometry detectors | |
| Veselova et al. | Properties and analytical applications of the self-assembled complex {peroxidase–chitosan} | |
| Byrn et al. | Analysis of binding of daunorubicin and doxorubicin to DNA using computerized curve-fitting procedures | |
| Torlopov et al. | Cationic starch-based hemocompatible polymeric antioxidant: synthesis, in vitro, and in vivo study | |
| RU2169770C1 (ru) | Жидкокристаллическая дисперсия на основе комплекса (нуклеиновая кислота - хитозан) как интегральный биодатчик и способ ее создания | |
| Singh et al. | Fabrication and construction of highly sensitive polymeric nanoparticle-based electrochemical biosensor for asparagine detection | |
| Jia et al. | Dyes inspired sensor arrays for discrimination of glycosaminoglycans | |
| RU2440575C1 (ru) | Способ определения физиологических концентраций гепарина в анализируемых жидких пробах | |
| CA2551564C (en) | A simplified method to retrieve chitosan from acidic solutions thereof | |
| Aiba | Studies on chitosan 5. Reactivity of partially N‐acetylated chitosan in aqueous media | |
| RU2139933C1 (ru) | Молекулярная конструкция на основе жидкокристаллической дисперсии нуклеиновой кислоты как интегральный биодатчик и способ ее создания | |
| Boulton et al. | Characterisation of the meningococcal transferrin binding protein complex by photon correlation spectroscopy | |
| RU2123008C1 (ru) | Способ определения гепарина | |
| Ronzhin et al. | Modified nanodiamonds as a new carrier for developing reusable enzymatic test-systems for determination of physiologically important substances | |
| US20160201112A1 (en) | Nanosensor for detecting the activity of glycosaminoglycan-cleaving enzymes and uses thereof | |
| Jones et al. | Site specificity of binding of antitumor antibiotics to DNA |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050610 |