Ключевые слова
иммунные комплексы, кинетика межмолекулярных взаимодействий, специфичность иммунохимических реакций, наночастицы, иммобилизованные белки, иммуноанализ, иммунохроматография, внелабораторная диагностика, диагностические тест-системы, контроль качества и безопасности продуктов питания, кормов и воды

Направления исследований

• Изучение количественных закономерностей формирования иммунных комплексов
• Структурные основы взаимодействий с биорецепторами (антителами, аптамерами)
• Взаимодействие наночастиц с биомолекулами
• Кинетические закономерности функционирования биоаналитических систем
• Биосенсорные системы
• Разработка новых методов иммунодетекции биологически активных соединений
• Разработка средств регистрации для био- и иммунохимических аналитических систем
• Разработка систем молекулярно-генетической внелабораторной диагностики
• Методы контроля качества и безопасности продуктов питания, кормов и воды
• Безопасность нанотехнологической продукции
• Масштабируемые технологии производства биоаналитических систем

Основные методы исследований
В рамках фундаментальных и прикладных исследований лаборатория реализует полный цикл разработки иммуноаналитических методов – от получения рецепторных систем до создания промышленной технологии. Данный цикл включает как традиционные, так и специальные (в том числе разработанные в лаборатории) методы и подходы.

Методы фундаментальных исследований:

• математическое моделирование процессов формирования иммунных комплексов разного состава и валентности;
• характеристика состава иммунных комплексов методами динамического светорассеяния, фракционирования в проточном потоке, просвечивающей электронной и атомно-силовой микроскопии;
• количественная характеристика иммунохимических взаимодействий с использованием регистрации поверхностного плазмонного резонанса, атомно-силовой спектроскопии.
• Регистрация иммунного комплексообразования на основе Рамановской спектроскопии.

Методы получения специфических реагентов:

• получение, стабилизация и характеристика различных носителей и маркерных систем для иммунохроматографии;
• получение и характеристика состава и реакционной способности межмолекулярных конъюгатов белковых носителей и производных антигенов;
• конъюгирование иммунореагентов с полимерными носителями.

Системы детекции:

• планшетный экспрессный анализ с ферментными и флуоресцентными маркерами;
• поляризационный иммунофлуоресцентный анализ;
• количественный мембранный (иммунофильтрационный и иммунохроматографический) анализ с фото- и флуориметрической детекцией;
• системы молекулярно-генетической диагностики, объединяющие процессы изотермической амплификации и иммунохроматографии.

Краткая история лаборатории
Лаборатория создана в 1988 году при реорганизации лаборатории инженерной энзимологии. С момента основания руководителем лаборатории является доктор химических наук, профессор Борис Борисович Дзантиев. С 2019 года лаборатория входит в состав отдела лиганд-рецепторных взаимодействий и биосенсорики. Руководителем отдела является д.х.н., проф. Б.Б. Дзантиев.

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

В лаборатории ведутся исследования влияния свойств иммунореагентов на кинетические и равновесные параметры реакции антиген-антитело.

Разрабатываются модели процессов формирования иммунных комплексов.

Изучаются структурные изменения белковых антигенов при взаимодействии с антителами и другими рецепторами (аптамерами, лектинами). В качестве модельных антигенов при исследовании иммунохимических процессов используются соединения, имеющие значение для медицинской диагностики, контроля качества сельскохозяйственной продукции и продуктов питания, экологического мониторинга.

Среди изучаемых объектов – пестициды, гормоны, антибиотики, микотоксины, психоактивные соединения, сурфактанты, иммуноглобулины, кардиомаркеры и маркеры воспалительных процессов, клетки микроорганизмов, вирусы растений, фикотоксины, тяжелые металлы. Данный ряд позволяет определять общие закономерности и специфические особенности иммунохимических взаимодействий. Для детекции этих соединений предложены новые форматы анализа и маркерные системы, обеспечивающие повышение чувствительности и экспрессности определения.

Проводится характеристика эффективности новых методов для решения практических задач, сравнение традиционных и новых методов анализа.

Совместно с производителями разрабатываются технологии серийного выпуска иммуноаналитических тест-систем.

В результате выполненных в лаборатории исследований:

• Предложены математические модели для описания многостадийного взаимодействия антител с различными классами поливалентных антигенов.
• Проанализировано влияние поверхностной плотности антигенных детерминант на образование моно- и бивалентных комплексов с антителами и изменение эффективной константы связывания.
• Предложены теоретические описания иммунных взаимодействий в ходе различных форматов проточного иммуноанализа.
• На примере антител против пестицидов (триазины, арил- и сульфонилмочевины, пиретроиды) и ветеринарных препаратов (фторхинолоны) изучена тонкая специфичность взаимодействия антитело-гаптен. Подходы QSAR реализованы для идентификации ключевых структур в иммунном распознавании. Предложены системы для индивидуальных и класс-специфичных анализов.
• Получены и охарактеризованы антитела против фуллерена С₆₀. Описаны закономерности иммунного распознавания нетипичного антигена.
• В качестве альтернативных биоаналитических реагентов охарактеризованы олигонуклеотидные рецепторы и аптамеры. Предложены подходы к повышению чувствительности гомогенных тестов с их использованием.
• Изучено взаимодействие наночастиц золота с антителами, в том числе с образованием моно- и мультислоев. Сформулированы требования к получению комплексов с максимальной иммунореактивностью.
• Разработаны методики внелабораторных экспрессных тест-систем с визуальной и инструментальной регистрацией для медицинской диагностики (определение гормонов, наркотических средств, биомаркеров острого инфаркта миокарда, специфических антител, патогенных микроорганизмов), экологического мониторинга и контроля сельскохозяйственной продукции и продуктов питания (определение пестицидов, микотоксинов, фикотоксинов, тяжелых металлов, ветеринарных препаратов, вирусов растений).
• Разработан комплекс критериев для оптимизации иммунохроматографических тест-систем; предложены и запатентованы подходы к усилению сигналов и повышению чувствительности этих систем.
• Совместно с малыми инновационными предприятиями организовано производство иммунохроматографических тестов. Разработка удостоена Премии правительства РФ 2010 года в области науки и техники.
• Осуществлена разработка и апробация комплекса методов для оценки биологического действия и безопасности техногенных наночастиц и продукции наноиндустрии. Изучены локализация наночастиц в организмах животных при разных режимах экспозиции, влияние наночастиц на биохимические параметры организма. 36 методических указаний и методических рекомендаций по нанобиобезопасности, подготовленных при участии сотрудников лаборатории, утверждены Роспотребнадзором.
• Совместно с ВНИИМАШ разработаны 5 Национальных стандартов РФ в области нанобезопасости.

Перспективы исследований:

• Выяснение закономерностей влияния неравновесного режима иммунохимических взаимодействий на аналитические характеристики методов гетерогенного иммуноанализа.
• Характеристика состава иммунных комплексов, образующихся в различных системах детекции низкомолекулярных и высокомолекулярных антигенов.
• Характеристика пространственной структуры антител против углеродных наночастиц и образуемых ими иммунных комплексов.
• Разработка новых систем мультипараметрической детекции биологически активных соединений, сочетающих высокую селективность и экспрессность, в том числе с использованием флуоресцентных маркеров с разными спектральными характеристиками.
• Создание экспрессных методов диагностики социально значимых заболеваний человека и сельскохозяйственных животных.

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1. Panferov V.G., Safenkova I.V., Varitsev Y.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Enhancement of lateral flow immunoassay by alkaline phosphatase: a simple and highly sensitive test for potato virus X. Microchimica Acta. 2018, v. 185, N 1, article 25. DOI: 10.1007/s00604-017-2595-3.
2. Razo S.C., Panferov V.G., Safenkova I.V., Varitsev Yu.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Double-enhanced lateral flow immunoassay for potato virus X based on a combination of magnetic and gold nanoparticles. Analytica Chimica Acta. 2018, v. 1007, p. 50-60. DOI: 10.1016/j.aca.2017.12.023.
3. Samokhvalov A.V., Safenkova I.V., Eremin S.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Measurement of (aptamer – small target) KD using the competition between fluorescently labeled and unlabeled target and the detection of fluorescence anisotropy. Analytical Chemistry. 2018, v. 90, N 15, p. 9189-9198. DOI: 10.1021/acs.analchem.8b01699.
4. Berlina A.N., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Progress in rapid optical assays for heavy metal ions based on the use of nanoparticles and receptor molecules. Microchimica Acta. 2019, v. 186, N 3, article 172. DOI: 10.1007/s00604-018-3168-9.
5. Ivanov A.V., Safenkova I.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Recombinase polymerase amplification combined with a magnetic nanoparticle-based immunoassay for fluorometric determination of troponin T. Microchimica Acta, 2019, v. 186, N 8, article 549. DOI: 10.1007/s00604-019-3686-0.
6. Safenkova I.V., Panferova N.A., Panferov V.G., Varitsev Y.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Alarm lateral flow immunoassay for detection of the total infection caused by the five viruses. Talanta. 2019, v. 195, p. 739-744. DOI: 10.1016/j.talanta.2018.12.004.
7. Buglak A.A., Samokhvalov A.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Methods and applications of in silico aptamer design and modeling. International Journal of Molecular Sciences, 2020, v. 21. N 22, article 8420. DOI: 10.3390/ijms21228420.
8. Hendrickson O.D., Taranova N.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B., Eremin S.A. Fluorescence polarization–based bioassays: New horizons. Sensors, 2020, v. 20, N 24, article 7132. DOI: 10.3390/s20247132.
9. Panferov V.G., Safenkova I.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Urchin peroxidase-mimicking Au@Pt nanoparticles as a label in lateral flow immunoassay: impact of nanoparticle composition on detection limit of Clavibacter michiganensis. Microchimica Acta, 2020, v. 187, article 268. DOI: 10.1007/s00604-020-04253-3.
10. Safenkova I.V., Ivanov A.V., Slutskaya E.S., Samokhvalov A.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Key significance of DNA-target size in lateral flow assay coupled with recombinase polymerase amplification. Analytica Chimica Acta, 2020, v. 1102, p. 109-118. DOI: 10.1016/j.aca.2019.12.048.
11. Serebrennikova K.V., Hendrickson O.D., Zvereva E.A., Popravko D.S., Zherdev A.V., Xu C., Dzantiev B.B. A comparative study of approaches to improve the sensitivity of lateral flow immunoassay of antibiotic lincomycin. Biosensors, 2020, v. 10, N 12, article 198. DOI: 10.3390/bios10120198.
12. Hendrickson O.D., Zvereva E.A., Dzantiev B.B., Zherdev A.V. Sensitive lateral flow immunoassay for detection of pork additives in raw and cooked meat products. Food Chemistry, 2021, v. 359, article 129927. DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.129927.
13. Hendrickson O.D., Zvereva E.A., Vostrikova N.L., Chernukha I.M., Dzantiev B.B., Zherdev A.V. Lateral flow immunoassay for sensitive detection of undeclared chicken meat in meat products. Food Chemistry, 2021, v. 344. article 128598. DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.128598.
14. Ivanov A.V., Popravko D.S., Safenkova I.V., Zvereva E.A., Dzantiev B.B., Zherdev A.V. Rapid full-cycle technique to control adulteration of meat products: Integration of accelerated sample preparation, recombinase polymerase amplification, and test-strip detection. Molecules, 2021, v. 26, N 22, article 6804. DOI: 10.3390/molecules26226804.
15. Ivanov A.V., Safenkova I.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Multiplex assay of viruses integrating recombinase polymerase amplification, barcode / anti-barcode pairs, blocking anti-primers, and lateral flow assay. Analytical Chemistry, 2021, v. 93, N 40, p. 13641–13650. DOI: 10.1021/acs.analchem.1c03030.
16. Panferov V.G., Byzova N.A., Biketov S.F., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Comparative study of in situ techniques to enlarge gold nanoparticles for highly sensitive lateral flow immunoassay of SARS-CoV-2. Biosensors, 2021, v. 11, N 7, article 229. DOI: 10.3390/bios11070229.
17. Panferov V.G., Safenkova I.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. The steadfast Au@Pt soldier: Peroxide-tolerant nanozyme for signal enhancement in lateral flow immunoassay of peroxidase-containing samples. Talanta, 2021, v. 235, article 121961. DOI: 10.1016/j.talanta.2020.121961.
18. Serebrennikova K.V., Berlina A.N., Sotnikov D.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Raman scattering-based biosensing: New prospects and opportunities. Biosensors, 2021, 11, N 12, article 512. DOI: 10.3390/bios11120512.
19. Serebrennikova K.V., Byzova N.A., Zherdev A.V., Khlebtsov N.G., Khlebtsov B.N., Biketov S.F., Dzantiev B.B. Lateral flow immunoassay of SARS-CoV-2 antigen with SERS-based registration: Development and comparison with traditional immunoassays. Biosensors, 2021, 11, N 12, article 510. DOI: 10.3390/bios11120510.
20. Sotnikov D.V., Byzova N.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Retention of activity by antibodies immobilized on gold nanoparticles of different sizes: Fluorometric method of determination and comparative evaluation. Nanomaterials, 2021, v. 11, N 11, article 3117. DOI: 3390/nano11113117.
21. Berlina A.N., Ragozina M.Y., Komova N.S., Serebrennikova K.V., Zherdev A.V., Dzantiev B. Development of lateral flow test-system for the immunoassay of dibutyl phthalate in natural waters. Biosensors, 2022, v. 12, N 11, article 1002. DOI: 10.3390/bios12111002.
22. Byzova N.A., Zherdev A.V., Gorbatov A.А., Shevyakov A.G., Biketov S.F., Dzantiev B.B. Rapid detection of lipopolysaccharide and whole cells of Francisella tularensis based on agglutination of antibody-coated gold nanoparticles and colorimetric registration. Micromachines, 2022, v. 13, N 12, article 2194. DOI: 10.3390/mi13122194.
23. Hendrickson O.D., Zvereva E.A., Dzantiev B.B., Zherdev A.V. Double qualitative immunochromatographic test for simultaneous control of chicken muscles and eggs in food. Journal of Food Composition and Analysis, 2022, v. 106, article 104324. DOI: 10.1016/j.jfca.2021.104324.
24. Hendrickson O.D., Zvereva E.A., Dzantiev B.B., Zherdev A.V. Ultrasensitive lateral flow immunoassay of phycotoxin microcystin-LR in seafood based on magnetic particles and peroxidase signal amplification. Food Control, 2022, v. 133, part 1, article 108655. DOI: 10.1016/j.foodcont.2021.108655.
25. Hendrickson O.D., Zvereva E.A., Panferov V.G., Solopova O.N., Zherdev A.V. Sveshnikov P.G. Dzantiev B.B. Application of Au@Pt nanozyme as enhancing label for sensitive lateral flow immunoassay of okadaic acid. Biosensors, 2022, v. 12, N 12, article 1137. DOI: 10.3390/bios12121137.
26. Ivanov A.V., Safenkova I.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. DIRECT2: A novel platform for CRISPR–Cas12-based assay comprising universal DNA-IgG probe and a direct lateral flow test. Biosensors and Bioelectronics, 2022, v. 208, article 114227. DOI: 10.1016/j.bios.2022.114227.
27. Komova N.S., Serebrennikova K.V., Berlina A.N., Zherdev A.V., Dzantiev B. Low-tech test for mercury detection: A new option for water quality assessment. Chemosensors, 2022, v. 10, N 10, article 413. DOI: 10.3390/chemosensors10100413.
28. Safenkova I.V., Burkin K.M., Bodulev O.L., Razo S.C., Ivanov A.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B., Sakharov I.Yu. Comparative study of magnetic beads and microplates as supports in heterogeneous amplified assay of miRNA-141 by using mismatched catalytic hairpin assembly reaction. Talanta, 2022, v. 247, article 123535. DOI: 10.1016/j.talanta.2022.123535.
29. Samokhvalov A.V., Safenkova I.V., Eremin S.A., Bonchuk A.N., Maximenko O.G., Sluchanko N.N., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Modulation of aptamer–ligand-binding by complementary oligonucleotides: A G-quadruplex anti-ochratoxin A aptamer case study. International Journal of Molecular Sciences, 2022, v. 23, N 9, article 4876. DOI: 10.3390/ijms23094876.
30. Serebrennikova K.V., Samokhvalov A.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. A fluorescence immunosensor for ochratoxin A based on resonance energy transfer between fluorescein derivative and gold nanoparticles. Journal of Food Composition and Analysis, 2022, v. 114, article 104806. DOI: 10.1016/j.jfca.2022.104806.
31. Sotnikov D.V., Barshevskaya L.V., Bartosh A.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Double competitive immunodetection of small analyte: Realization for highly sensitive lateral flow immunoassay of chloramphenicol. Biosensors, 2022, v. 12, N 5, article 343. DOI: 10.3390/bios12050343.
32. Sotnikov D.V., Byzova N.A., Zherdev A.V., Xu Y., Dzantiev B.B. Silent antibodies start talking: Enhanced lateral flow serodiagnosis with two-stage incorporation of labels into immune complexes. Biosensors, 2022, v. 12, N 7, article 434. DOI: 10.3390/bios12070434.
33. Taranova N.A., Bulanaya A.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Triple enhancement for sensitive immunochromatographic assay: A case study for human fatty acid-binding protein detection. – Biosensors, 2022, v. 12, N 12, article 1166. DOI: 10.3390/bios12121166.
34. Zvereva E.A., Hendrickson O.D., Dzantiev B.B., Zherdev A.V. Lateral flow test system to control total content of muscle tissues in raw meat products. Sensors, 2022, v. 22, N 24, article 9724. DOI: 10.3390/s22249724.
35. Zvereva E.A., Hendrickson O.D., Solopova O.N., Zherdev A.V., Sveshnikov P.G., Dzantiev B.B. Triple immunochromatographic test system for detection of priority aquatic toxins in water and fish. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2022, v. 414, N 26, p. 7553-7563. DOI: 10.1007/s00216-022-04298-8.

Дополнительная информация
Под редакцией Б.Б. Дзантиева подготовлена книга «Биохимические методы анализа», вышедшая в издательстве «Наука» в 2010 г.

1. Определение размерных характеристик наночастиц
2. Синтез конъюгатов белков с карбоксилированными гаптенами
3. Синтез конъюгатов белков с коллоидным золотом
4. Определение в сыворотках крови наличия и титра антител против определенного соединения
5. Разработка методик иммуноферментного анализа
6. Разработка методик иммунохроматографического анализа