RU2743993C1 - Комплекс для детекции и направленного разрушения клеток - Google Patents
Комплекс для детекции и направленного разрушения клеток Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743993C1 RU2743993C1 RU2020102495A RU2020102495A RU2743993C1 RU 2743993 C1 RU2743993 C1 RU 2743993C1 RU 2020102495 A RU2020102495 A RU 2020102495A RU 2020102495 A RU2020102495 A RU 2020102495A RU 2743993 C1 RU2743993 C1 RU 2743993C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molecules
- complex
- cells
- photosensitizer
- combined
- Prior art date
Links
- 230000006378 damage Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 claims abstract description 15
- 108010003723 Single-Domain Antibodies Proteins 0.000 claims abstract description 14
- 239000000439 tumor marker Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 15
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 claims description 8
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 108010090804 Streptavidin Proteins 0.000 claims description 4
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 claims description 4
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000011616 biotin Substances 0.000 claims description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 102000035118 modified proteins Human genes 0.000 claims description 2
- 108091005573 modified proteins Proteins 0.000 claims description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 claims description 2
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 claims description 2
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 2
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 2
- 239000004054 semiconductor nanocrystal Substances 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 abstract description 35
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 abstract description 30
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 abstract description 5
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 52
- 238000002428 photodynamic therapy Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000012115 Alexa Fluor 660 Substances 0.000 description 6
- 101150029707 ERBB2 gene Proteins 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical group O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 4
- SZXKSDXHODZTFS-UHFFFAOYSA-N 4-[4,5-bis[4-(dimethylamino)phenyl]-1H-imidazol-2-yl]-2,6-dimethoxyphenol Chemical compound COC1=C(O)C(OC)=CC(C=2NC(=C(N=2)C=2C=CC(=CC=2)N(C)C)C=2C=CC(=CC=2)N(C)C)=C1 SZXKSDXHODZTFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 description 3
- 239000012980 RPMI-1640 medium Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 2
- 150000004035 chlorins Chemical class 0.000 description 2
- -1 for example Chemical group 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- DAEPDZWVDSPTHF-UHFFFAOYSA-M sodium pyruvate Chemical compound [Na+].CC(=O)C([O-])=O DAEPDZWVDSPTHF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 2
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 206010006187 Breast cancer Diseases 0.000 description 1
- 208000026310 Breast neoplasm Diseases 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N L-glutamine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- 229930182816 L-glutamine Natural products 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000004611 cancer cell death Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 1
- 239000012091 fetal bovine serum Substances 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 238000000684 flow cytometry Methods 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 229940054269 sodium pyruvate Drugs 0.000 description 1
- 229960005322 streptomycin Drugs 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
- A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
- A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
- A61B18/28—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor for heating a thermal probe or absorber
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N5/0601—Apparatus for use inside the body
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Public Health (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Pathology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Hematology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области медицинских исследований. Раскрыт комплекс для детекции и направленного разрушения клеток, содержащий активный компонент, состоящий из объединенных молекул фотосенсибилизатора, хотя бы одной плазмонной наночастицы и хотя бы одной биологической распознающей молекулы, отличающийся тем, что активный компонент дополнительно включает хотя бы одну объединенную молекулу органического флуоресцентного красителя, и комплекс включает вспомогательный детектирующий компонент, состоящий из хотя бы одной квантовой точки, объединенной с хотя бы одним однодоменным антителом, причем спектр флуоресценции квантовых точек находится в оптическом диапазоне поглощения молекул фотосенсибилизатора и молекул органического флуоресцентного красителя, при этом биологические распознающие молекулы и однодоменные антитела обладают свойством специфически связывать различные эпитопы заданного онкомаркера, экспрессирующегося клетками, причем активный и вспомогательный детектирующий компоненты являются отдельными компонентами, которые после введения в организм пространственно разделены до связывания с различными эпитопами заданного онкомаркера. Изобретение обеспечивает снижение фоновой токсичности фотосенсибилизаторов для здоровых клеток, а также увеличение специфичности детекции раковых клеток. 7 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 ил.
Description
Изобретение относится к области медицинских исследований, и предназначено для визуализации и специфического разрушения клеток и может быть использовано для высокоспецифичной детекции, оптической визуализации и разрушении клеток, в том числе раковых, методами фотодинамической терапии, путем генерации синглетных форм кислорода и свободных радикалов.
Известен комплексный фотосенсибилизатор (ФС) для реализации способа диагностики и терапии рака методами фотодинамический терапии (ФДТ), описанный в заявке (WO №2010151074 А2, МПК A61K 41/00, дата приоритета 26.06.2009, дата публикации 29.12.2010). Комплексный ФС представляет собой конъюгат квантовых точек (КТ) и производных хлорина (собственно ФС). Для проведения ФДТ данный комплексный ФС вводят в организм и облучают излучением с длиной волны, соответствующей длине волны поглощения КТ, которые затем передают возбуждение по механизму Ферстеровского резонансного переноса энергии (ФРПЭ) на молекулы производных хлорина, вследствие чего образуются синглетные формы кислорода и свободные радикалы, вызывающие гибель клеток. При этом для специфического накопления комплексного ФС в раковых клетках, на их поверхности содержатся биологические распознающие молекулы, в частности антитела. Кроме того, излучение КТ используется для детекции и визуализации раковых клеток. Благодаря применению КТ, флуоресцирующих в инфракрасной области спектра, описанный комплексный ФС может использоваться не только для проведения ФДТ, но и визуализации раковых клеток в глубине тканей организма, что обусловлено более низким поглощением излучения ИК диапазона биологическими тканями. К недостаткам данного решения стоит отнести то, что данный комплексный ФС генерирует синглетные формы кислорода и свободные радикалы даже без дополнительного облучения внешним излучением, из-за эффективного поглощения оптического излучения КТ. Кроме того, данный комплексный ФС, благодаря входящим в его состав КТ, флуоресцирует вне зависимости от наличия или отсутствия раковых клеток, что позволяет судить о детекции КТ исключительно по локальному накоплению комплексного ФС, около раковых клеток.
Известен комплекс, используемый для реализации способа направленного разрушения раковых клеток (Патент RU №2638446, МПК А61В 18/20 A61N 5/06, дата приоритета 14.12.2016, дата публикации 13.12.2017), который выбран в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Известный комплекс состоит из объединенных молекул фотосенсибилизатора, КТ, флуоресцирующих в инфракрасной области спектра, плазмонных наночастиц и биологических распознающих молекул, что позволяет проводить визуализацию и направленное разрушение раковых клеток, локализованных на большой глубине от поверхности исследуемого организма. Применение плазмонных наночастиц в составе комплекса, позволяет усилить флуоресценцию, использованных КТ, что позволяет, во-первых, с высокой чувствительностью детектировать флуоресцентный сигнал на большой глубине от поверхности исследуемого объекта, для визуализации на большой глубине, а во-вторых, усилить процесс активации молекул фотосенсибилизатора, для более эффективного разрушения клеточных компонент по механизму фото динамической терапии. Однако известное решение имеет ряд недостатков, включая постоянную фоновую активность фотосенсибилизатора, обусловленную эффективным сбором излучения с помощью КТ, даже без внешнего излучения, и возбуждением ФС. Кроме того, известное решение не может использоваться для специфической детекции клеток, так как входящие в состав комплекса КТ, флуоресцируют в независимости от того, связан комплекс с раковыми клетками, или нет, а детекция раковых клеток происходит только по накоплению используемого комплекса на поверхности раковых клеток.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи снижения фоновой токсичности фотосенсибилизаторов, применяемых для направленного разрушения клеток методами фотодинамической терапии, и увеличения специфичности их детекции, за счет применения двухкомпонентного комплекса, обеспечивающего детекцию целевого флуоресцентного сигнала и активацию фотосенсибилизатора только при пространственном объединении обоих компонентов.
Сущность заключается в том, что предложен комплекс для детекции и направленного разрушения клеток, содержащий активный компонент, состоящий из объединенных молекул фотосенсибилизатора, хотя бы одной плазмонной наночастицы и хотя бы одной биологической распознающей молекулы, при этом активный компонент дополнительно включает хотя бы одну объединенную молекулу органического флуоресцентного красителя, и дополнительно включает вспомогательный детектирующий компонент, состоящий из хотя бы одной квантовой точки объединенной с хотя бы одним однодоменным антителом, причем спектр флуоресценции квантовых точек находится в оптическом диапазоне поглощения молекул фотосенсибилизатора и молекул органического флуоресцентного красителя, при этом биологические распознающие молекулы и однодоменные антитела обладают свойством специфически связывать различные эпитопы заданного онкомаркера, экспрессирующегося клетками, причем активный и вспомогательный детектирующий компоненты являются отдельными компонентами, которые после введения в организм пространственно разделены до связывания с различными эпитопами заданного онкомаркера.
Технический результат достигается тем, что предложен комплекс для детекции и направленного разрушения клеток, включающий активный компонент состоящий из объединенных одной и более молекул фотосенсибилизатора, одной и более молекул органического флуоресцентного красителя, одной и более плазмонной наночастицы и одной и более биологических распознающих молекул, а также включающий вспомогательный детектирующий компонент, состоящий из одной и более квантовых точек объединенных с одним и более однодоменным антителом, причем спектр флуоресценции квантовых точек находится в оптическом диапазоне поглощения молекул фотосенсибилизатора и молекул органического флуоресцентного красителя, при этом биологические распознающие молекулы и однодоменные антитела способны связывать различные эпитопы заданного онкомаркера, экспрессирующегося клетками, причем активный и вспомогательный детектирующий компоненты являются отдельными компонентами, которые после введения в организм пространственно разделены до связывания с различными эпитопами заданного онкомаркера.
Данный комплекс может применяться для детекции и направленного разрушения раковых клеток методами ФДТ. Использование двух отдельных компонентов позволяет добиться того, что после введения компонентов комплекса в организм они оказываются пространственно разделены, что не позволяет осуществить эффективную передачу энергии возбуждения от КТ на молекулы фотосенсибилизатора и тем самым позволяет снизить токсическую активность фотосенсибилизатора, до того момента пока он не достиг раковых клеток. Кроме того, отсутствие вблизи вспомогательного детектирующего компонента эффективного донора для безызлучательного переноса энергии позволяет повысить интенсивность флуоресценции КТ, что позволяет повысить чувствительность обнаружения вспомогательного детектирующего компонента, при его перемещении внутри организма или связывания с онкомаркерами на поверхности раковых клеток. При этом, когда оба компонента комплекса, за счет специфического взаимодействия однодоменных антител и биологических распознающих молекул, связались с различными эпитопами (участками) заданного онкомаркера на поверхности одной и той же раковой клетки, происходит пространственное сближение активного и вспомогательного детектирующего компонента, в результате чего КТ и комплекс фотосенсибилизатора, органического флуоресцентного красителя и плазмонной наночастицы оказываются на расстояниях, при которых возможен эффективный перенос возбуждения от КТ на фотосенсибилизатор и молекулы органического флуоресцентного красителя по механизму ФРПЭ. Это позволяет повысить специфичность детекции, так как молекулы органического флуоресцентного красителя начинают светиться, только в момент связывания компонента с целевыми онкомаркерами (до этого светятся только КТ, входящие в состав вспомогательного детектирующего компонента), а также увеличить специфичность и снизить токсичность метода, так как фотосенсибилизатор активируется только в момент контакта компонентов с онкомаркерами раковых клеток. Кроме того, входящие в состав активного компонента плазмонные наночастицы усиливают флуоресценцию КТ, что приводит к увеличению эффективности активации молекул фотосенсибилизатора, а также увеличению эффективности образованию синглетных форм кислорода путем передачи энергии от возбужденных КТ на молекулы триплетных форм кислорода, находящихся в раковых клетках и окружающих биологических жидкостях, что, в свою очередь, приводит к направленному разрушению раковых клеток за счет окисления их компонент синглетными формами кислорода. При этом, сами плазмонные наночастицы нагреваются, поглощая энергию излучения от полупроводниковых флуоресцентных нанокристаллов и внешнего излучения, вследствие чего также происходит разрушение опухолевых клеток под действием локального повышения температуры. Так как КТ обладают большим сечением мультифотонного поглощения, то можно проводить их возбуждение несколькими фотонами, например, в инфракрасной области спектра, для уничтожения раковых клеток, находящихся на большой глубине от поверхности тела.
Существует первый частный случай, в котором в качестве фотосенсибилизатора применяют молекулы фотосенсибилизаторов, активирующиеся излучением инфракрасной области оптического спектра.
Существует второй частный случай, в котором в качестве плазмонных наночастиц применяют наночастицы золота, серебра, платины и других благородных металлов.
Существует третий частный случай, в котором в качестве плазмонных наночастиц применяют плазмонные наночастицы в форме сфер, колец, торов, стержней, треугольников, или их комбинации.
Существует четвертый частный случай, в котором в качестве биологических распознающих молекул используют нативные белки и/или модифицированные белки, и/или поликлональные антитела, и/или моноклональные антитела, и/или высокоаффинные биологические компоненты, и/или пептиды, и/или нуклеиновые кислоты.
Существует пятый частный случай, в котором в качестве квантовых точек применены полупроводниковые нанокристаллы состава PbS/CdS/ZnS и/или CuInS2/ZnS, и/или Ag2S.
Существует шестой частный случай, в котором одна и более молекула фотосенсибилизатора, одна и более молекула органического флуоресцентного красителя, одна и более плазмонная наночастица, одна и более биологическая распознающая молекула объединены с помощью функциональных групп, например, аминогрупп и/или карбоксильных групп, и/или высокоаффинных биологических компонентов, например, биотина и стрептавидина.
Существует седьмой частный случай, в котором одна и более квантовая точка и одно и более однодоменное антитело объединены с помощью функциональных групп, например, аминогрупп и/или карбоксильных групп, и/или высокоаффинных биологических компонентов, например, биотина и стрептавидина.
Сущность поясняется чертежом, где на фиг. представлен конкретный пример комплекса, используемого для детекции и направленного разрушения раковых клеток. Цифрами обозначены следующие элементы: фотосенсибилизатор - 1; органический флуоресцентный краситель - 2; плазмонная наночастица в форме кольца - 3; биологические распознающие молекулы - 4; квантовая точка - 5; однодоменные антитела - 6; раковая клетка - 7; онкомаркер на поверхности клетки - 8. Элементы 1-4 ковалентно связаны между собой и представляют собой активный компонент, элементы 5 и 6 ковалентно связаны и представляют собой вспомогательный детектирующий компонент. Активный и вспомогательный компоненты связаны с онкомаркером раковых клеток за счет специфического взаимодействия между биологическими распознающими молекулами и однодоменными антителами с эпитопами онкомаркера за счет водородных связей, электростатических взаимодействий и сил Ван-дер-Ваальса.
Конкретный пример, поясняющий принцип работы комплекса показан на примере детекции и направленного разрушения раковых клеток 7 экспрессирующих онкомаркер рака молочной железы Her2 8. Для этого используется комплекс, включающий активный компонент, состоящий из объединенных, с помощью ковалентного связывания амино и карбоксильных групп, моноклональных антител 4, специфичных к онкомаркеру Her2 8, молекул органического флуоресцентного красителя Alexa Fluor 660 2 (максимум возбуждения при 663 нм, максимум эмиссии на 690 нм), плазмонных наночастиц золота 3 в форме кольца с диаметром 0,5 мкм и толщиной 80 нм, а также молекул фотосенсибилизатора 1 (фотодитазин, максимум поглощения при 662 нм), а также вспомогательный детектирующий компонент, состоящий из КТ 5 состава CuInS2/ZnS, имеющих максимум флуоресценции излучения с длиной волны 660 нм, конъюгированных с однодоменными антителами 6 к Her2. Компоненты данного комплекса в физиологическом растворе шприцом вводят в хвостовую вену мыши, трансплантированных клеточной линией SKBR3, с высоким уровнем экспрессии онкомаркера Her2 8. Через 5 минут после введения компонентов комплекса проводят визуализацию флуоресцентных меток, путем кратковременного облучения участка с трансплантированными опухолевыми клетками лазерным излучением с длиной волны 620 нм, с детекцией на 660 и 690 нм. В этом случае детектируется только сигнал от КТ 5, соответствующий флуоресценции с длиной волны 660 нм, что показывает распространение вспомогательного детектирующего компонента и свидетельствует о том, что компоненты комплекса пока не достигли раковых клеток 7 и не смогли сблизиться на расстояние, достаточное для эффективной передачи энергии от КТ 5 к молекулам красителя Alexa Fluor 660 2 по механизму ФРПЭ, и активации фотосенсибилизатора 1. Еще через 15 минут проводят повторное кратковременное облучение, в результате чего детектируется сигнал как от флуоресценции КТ 5 (660 нм), так и сигнал от красителя Alexa Fluor 660 2 (690 нм), что свидетельствует о том, что оба компонента связались с онкомаркером Her2 8 и в этом случае можно приступать к ФДТ. Для этого проводят длительное облучение (2 раунда по 3 минуты с перерывом в 1 минуту) места опухоли излучением с длиной волны 620 нм. Количество раундов и режим облучения зависят от размера опухоли или количества раковых клеток 7 и места их локализации. Проверка эффективности разрушения раковых клеток 7 может осуществляться через 12-24 часа, путем облучения места их локализации и последующей детекции флуоресцентного сигнала от красителя Alexa Fluor 660 2. Если сигнал от Alexa Fluor 660 2 детектируется, значит еще разрушены не все клетки 7, и компоненты комплекса до сих пор пространственно объединены, а облучение необходимо повторить. Если детектируется только сигнал от КТ 5, то это говорит о том, что раковые клетки 7 уничтожены. В данном случае удалось уничтожить все раковые клетки 7 за один раз, так как сигнала от красителя Alexa Fluor 660 2 через 24 часа не детектировался.
Для подтверждения увеличения специфичности предлагаемого комплекса и снижения фоновой токсичности ФС, нами было проведено сравнение специфичности ФДТ индуцированной гибели клеток с известным решением, выбранным в качестве прототипа, в котором в качестве фотосенсибилизатора также использовался фотодитазин. Для этого использовалась смесь клеток SKBR3, экспрессирующих Her2 и клеток Wi-38 (клеточная линия нормальных фибробластов человека). Клетки были выращены в среде RPMI-1640 с добавлением 10% фетальной бычьей сыворотки, 2 мМ L-глутамина, антибиотика пенициллин-стрептомицин, пирувата натрия и раствора витаминов для среды RPMI-1640 в инкубаторе при 37°С с 5% СО2 в атмосфере. По достижению монослоя клетки были удалены с поверхности флаконов для культивирования и их количество было определено известным способом. Затем клетки SKBR3 и Wi-38 были посажены в два культуральных флакона из расчета 106 клеток каждого вида в одном флаконе, в описанную ранее ростовую среду. В один флакон были добавлены компоненты предлагаемого комплекса, а в другой флакон, комплекс фотосенсибилизатора, описанный в прототипе, причем количество добавленных компонентов было нормировано на количество молекул фотосенсибилизатора. Через 30 минут культивирования оба флакона были облучены излучением с длиной волны 620 нм (два раза по 1 минуте с перерывом 3 минуты). Затем известным способом (с помощью проточной цитометрии) было оценено соотношение каждого вида выживших клеток в обоих флаконах. В результате, в флаконе с предлагаемым комплексом соотношение клеток SKBR3/Wi-38 было равно 22/78, а во флаконе, с комплексом фотосенсибилизатора из прототипа, соотношение было 31/69, то есть специфичность предлагаемого нами решения по индукции гибели раковых клеток более чем в полтора раза выше, чем у прототипа.
Таким образом, предложенный комплекс для детекции и направленного разрушения клеток, позволяет проводить высокоспецифичную детекцию и направленное разрушение опухолевых клеток внутри организма. Применение двухкомпонентного комплекса позволяет активировать фотосенсибилизатор только в момент, когда он достиг раковых клеток, снижая фоновую токсичность фотосенсибилизатора для здоровых клеток, а также обеспечивает соответствующий флуоресцентный сигнал для детекции именно заданных раковых клеток, что позволяет увеличить специфичность детекции и направленного разрушения клеток методами фотодинамической терапии.
Claims (8)
1. Комплекс для детекции и направленного разрушения клеток, содержащий активный компонент, состоящий из объединенных молекул фотосенсибилизатора, хотя бы одной плазмонной наночастицы и хотя бы одной биологической распознающей молекулы, отличающийся тем, что активный компонент дополнительно включает хотя бы одну объединенную молекулу органического флуоресцентного красителя, и комплекс включает вспомогательный детектирующий компонент, состоящий из хотя бы одной квантовой точки объединенной с хотя бы одним однодоменным антителом, причем спектр флуоресценции квантовых точек находится в оптическом диапазоне поглощения молекул фотосенсибилизатора и молекул органического флуоресцентного красителя, при этом биологические распознающие молекулы и однодоменные антитела обладают свойством специфически связывать различные эпитопы заданного онкомаркера, экспрессирующегося клетками, причем активный и вспомогательный детектирующий компоненты являются отдельными компонентами, которые после введения в организм пространственно разделены до связывания с различными эпитопами заданного онкомаркера.
2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фотосенсибилизатора применяют молекулы фотосенсибилизаторов, активирующиеся излучением инфракрасной области оптического спектра.
3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве плазмонных наночастиц применяют наночастицы золота, серебра, платины и других благородных металлов.
4. Комплекс по пп. 1, 3, отличающийся тем, что в качестве плазмонных наночастиц применяют плазмонные наночастицы в форме сфер, колец, торов, стержней, треугольников, или их комбинации.
5. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве биологических распознающих молекул используют нативные белки и/или модифицированные белки, и/или поликлональные антитела, и/или моноклональные антитела, и/или высокоаффинные биологические компоненты, и/или пептиды, и/или нуклеиновые кислоты.
6. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве квантовых точек применены полупроводниковые нанокристаллы состава PbS/CdS/ZnS, и/или CuInS2/ZnS, и/или Ag2S.
7. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что одна и более молекула фотосенсибилизатора, одна и более молекула органического флуоресцентного красителя, одна и более плазмонная наночастица, одна и более биологическая распознающая молекула объединены с помощью функциональных групп, например аминогрупп, и/или карбоксильных групп, и/или высокоаффинных биологических компонентов, например биотина и стрептавидина.
8. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что одна и более квантовая точка и одно и более однодоменное антитело объединены с помощью функциональных групп, например аминогрупп, и/или карбоксильных групп, и/или высокоаффинных биологических компонентов, например биотина и стрептавидина.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020102495A RU2743993C1 (ru) | 2019-10-08 | 2019-10-08 | Комплекс для детекции и направленного разрушения клеток |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020102495A RU2743993C1 (ru) | 2019-10-08 | 2019-10-08 | Комплекс для детекции и направленного разрушения клеток |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2743993C1 true RU2743993C1 (ru) | 2021-03-01 |
Family
ID=74857822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020102495A RU2743993C1 (ru) | 2019-10-08 | 2019-10-08 | Комплекс для детекции и направленного разрушения клеток |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2743993C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775461C1 (ru) * | 2021-06-01 | 2022-07-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН) | Устройство для оценки состава иммунокомпетентных клеток в опухолевой ткани спектрально-флуоресцентными методами с применением фотосенсибилизатора на основе хлорина е6 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020127224A1 (en) * | 2001-03-02 | 2002-09-12 | James Chen | Use of photoluminescent nanoparticles for photodynamic therapy |
| RU2007122479A (ru) * | 2004-12-17 | 2008-12-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. (Nl) | Средства с направленной доставкой для молекулярной визуализации |
| US20100183504A1 (en) * | 2007-06-14 | 2010-07-22 | Fanqing Frank Chen | Multimodal imaging probes for in vivo targeted and non-targeted imaging and therapeutics |
| US20110022129A1 (en) * | 2007-11-05 | 2011-01-27 | Prud Homme Robert K | Nanoparticles for photodynamic therapy |
| US20170021040A1 (en) * | 2011-04-14 | 2017-01-26 | Franco Vitaliano | Plasmon energy therapeutics |
| RU2638446C1 (ru) * | 2016-12-14 | 2017-12-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ направленного разрушения раковых клеток |
-
2019
- 2019-10-08 RU RU2020102495A patent/RU2743993C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020127224A1 (en) * | 2001-03-02 | 2002-09-12 | James Chen | Use of photoluminescent nanoparticles for photodynamic therapy |
| RU2007122479A (ru) * | 2004-12-17 | 2008-12-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. (Nl) | Средства с направленной доставкой для молекулярной визуализации |
| US20100183504A1 (en) * | 2007-06-14 | 2010-07-22 | Fanqing Frank Chen | Multimodal imaging probes for in vivo targeted and non-targeted imaging and therapeutics |
| US20110022129A1 (en) * | 2007-11-05 | 2011-01-27 | Prud Homme Robert K | Nanoparticles for photodynamic therapy |
| US20170021040A1 (en) * | 2011-04-14 | 2017-01-26 | Franco Vitaliano | Plasmon energy therapeutics |
| RU2638446C1 (ru) * | 2016-12-14 | 2017-12-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ направленного разрушения раковых клеток |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775461C1 (ru) * | 2021-06-01 | 2022-07-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН) | Устройство для оценки состава иммунокомпетентных клеток в опухолевой ткани спектрально-флуоресцентными методами с применением фотосенсибилизатора на основе хлорина е6 |
| RU2775461C9 (ru) * | 2021-06-01 | 2022-10-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН) | Устройство для оценки состава иммунокомпетентных клеток в опухолевой ткани спектрально-флуоресцентными методами с применением фотосенсибилизатора на основе хлорина е6 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230029054A1 (en) | Non-invasive systems and methods for in-situ photobiomodulation | |
| Wang et al. | Gold nanoshell-linear tetrapyrrole conjugates for near infrared-activated dual photodynamic and photothermal therapies | |
| Kang et al. | NIR fluorescence imaging and treatment for cancer immunotherapy | |
| Sabri et al. | Dual activity of rose bengal functionalized to albumin-coated lanthanide-doped upconverting nanoparticles: targeting and photodynamic therapy | |
| Liang et al. | Facile assembly of functional upconversion nanoparticles for targeted cancer imaging and photodynamic therapy | |
| US8951561B2 (en) | Methods and systems for treating cell proliferation disorders using plasmonics enhanced photospectral therapy (PEPST) and exciton-plasmon enhanced phototherapy (EPEP) | |
| US8770203B2 (en) | Advanced methods and systems for treating cell proliferation disorders | |
| Kostron et al. | Photodynamic medicine: From bench to clinic | |
| Yuan et al. | Novel targeted photosensitizer as an immunomodulator for highly efficient therapy of T-cell acute lymphoblastic leukemia | |
| Chen et al. | Facile fabrication of near-infrared-resonant and magnetic resonance imaging-capable nanomediators for photothermal therapy | |
| RU2743993C1 (ru) | Комплекс для детекции и направленного разрушения клеток | |
| RU2638446C1 (ru) | Способ направленного разрушения раковых клеток | |
| Escareño et al. | Translational aspects of photodynamic therapy in drug-resistant cancer | |
| RU2740552C1 (ru) | Набор для проведения фотодинамической терапии | |
| Hally et al. | Photodynamic therapy | |
| Mokwena | Evaluation of Photodynamic Treatment in Lung Cancer Cells Induced by Targeted Drug Delivery | |
| Moghassemi et al. | NanoPDT: Nanomaterials-Enhanced Photodynamic Therapy |