RU2440575C1 - Method of determining physiological concentrations of heparin in analysed liquid samples - Google Patents

Method of determining physiological concentrations of heparin in analysed liquid samples Download PDF

Info

Publication number
RU2440575C1
RU2440575C1 RU2010134945/15A RU2010134945A RU2440575C1 RU 2440575 C1 RU2440575 C1 RU 2440575C1 RU 2010134945/15 A RU2010134945/15 A RU 2010134945/15A RU 2010134945 A RU2010134945 A RU 2010134945A RU 2440575 C1 RU2440575 C1 RU 2440575C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heparin
sensitive element
solution
nucleic acid
dna
Prior art date
Application number
RU2010134945/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Михайлович Евдокимов (RU)
Юрий Михайлович Евдокимов
Сергей Геннадьевич Скуридин (RU)
Сергей Геннадьевич Скуридин
Виктор Иванович Салянов (RU)
Виктор Иванович Салянов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии"
Priority to RU2010134945/15A priority Critical patent/RU2440575C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2440575C1 publication Critical patent/RU2440575C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: method includes creation of integral DNA microchip, possessing anomalous optic properties when irradiated by flow of circularly polarised irradiation and chromophoric properties when irradiated in visual spectrum range and representing placed in water-salt polymer solution particles of lyotropic cholesteric liquid-crystalline dispersion of rigid molecules of double-stranded nucleic acids, in which adjacent molecules are bound with nanobridges, which contain alternating inert to heparin constructive element and heparin-sensitive element, and integral DNA microchip as heparin-sensitive element contains compound of anthracycline series, which has at least one reaction-able amino group, bound with sugar residue. Solution, containing integral DNA microchips, is mixed with heparin-containing sample. Through sample, resulting from said mixing, by means of optic dichrometre, passed is flow of circularly polarised irradiation at wavelength in region of heparin-sensitive element absorption, optic signal is registered.
EFFECT: application of invention makes it possible to simplify and accelerate process of diagnostics.
8 cl, 2 ex, 8 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области медицинских исследований и нанотехнологий на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот, а именно к способам диагностики патологических состояний, сопровождающихся тромбообразованием, в частности, для обеспечения контроля состояния больных, терапия которых связана с применением гепарина.The invention relates to the field of medical research and nanotechnology based on double-stranded nucleic acids, and in particular to methods for diagnosing pathological conditions accompanied by thrombosis, in particular, to ensure monitoring of the condition of patients whose therapy is associated with the use of heparin.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Гепарин - кислый мукополисахарид, вырабатываемый тучными клетками и осуществляющий медиаторные функции во всех органах человека и животных и многих биологических жидкостях. В его состав входят несколько линейных полисахаридных цепей с молекулярной массой 5000-30000 Да, состоящих из остатков глюкуроновой кислоты и глюкозамина, этерифицированных серной кислотой.Heparin is an acid mucopolysaccharide produced by mast cells and performing mediator functions in all organs of humans and animals and in many body fluids. It consists of several linear polysaccharide chains with a molecular weight of 5000-30000 Da, consisting of glucuronic acid and glucosamine residues esterified with sulfuric acid.

Молекула гепарина содержит в своем составе значительное количество отрицательно заряженных сульфатных и карбоксильных групп, поэтому она представляет собой сильный полианион, способный к образованию комплексов со многими природными и синтетическими катионами.The heparin molecule contains a significant amount of negatively charged sulfate and carboxyl groups, therefore it is a strong polyanion capable of forming complexes with many natural and synthetic cations.

Особенности строения и высокая степень химической гетерогенности гепарина определяют его биологическое значение и функциональную роль в организме человека и животных. Являясь природным противосвертывающим фактором, гепарин наиболее широко известен как антикоагулянт прямого типа действия, применяемый для профилактики и терапии тромбоэмболических заболеваний и их осложнений, при операциях на сердце и кровеносных сосудах, для поддержания жидкого состояния крови в аппаратах искусственного кровообращения и гемодиализа, а также для предотвращения свертывания крови при лабораторных исследованиях. Антикоагулянтная активность гепарина обусловлена его способностью повышать спектр угнетаемых антитромбином III сериновых протеаз, участвующих в свертывании крови.Structural features and a high degree of chemical heterogeneity of heparin determine its biological significance and functional role in humans and animals. Being a natural anticoagulant factor, heparin is most widely known as a direct type of anticoagulant used for the prevention and treatment of thromboembolic diseases and their complications, in operations on the heart and blood vessels, to maintain the liquid state of the blood in cardiopulmonary bypasses and hemodialysis, as well as to prevent blood coagulation in laboratory studies. The anticoagulant activity of heparin is due to its ability to increase the spectrum of serine proteases inhibited by antithrombin III involved in blood coagulation.

В клинической практике применяют два вида гепарина - стандартный (нефракционный) и низкомолекулярный.In clinical practice, two types of heparin are used - standard (non-fractional) and low molecular weight.

Нефракционный гепарин применяется шире, однако имеет ряд существенных недостатков:Non-fractional heparin is used more widely, however, it has a number of significant disadvantages:

- высокая степень связывания гепарина с белками плазмы и его быстрая инактивация эндотелиальными клетками и макрофагами;- a high degree of binding of heparin to plasma proteins and its rapid inactivation by endothelial cells and macrophages;

- относительная кратковременность действия гепарина, вследствие чего требуется постоянная внутривенная инфузия в течение суток (или многократные подкожные инъекции препарата);- the relative short duration of the action of heparin, which requires constant intravenous infusion during the day (or multiple subcutaneous injections of the drug);

- гепарин не обладает последействием, и после окончания его применения условия для образования тромба восстанавливаются. Возможна активация тромботического процесса, что выражается в увеличении числа эпизодов ишемии миокарда и развитии инфаркта миокарда.- heparin has no aftereffect, and after the end of its use, the conditions for the formation of a blood clot are restored. Thrombotic process activation is possible, which is expressed in an increase in the number of episodes of myocardial ischemia and the development of myocardial infarction.

Для устранения указанных нежелательных свойств используют низкомолекулярный гепарин - препараты, у которых молекулярная масса фрагментов колеблется от 2500 до 6500 Да, синтезированные из нефракционного гепарина.To eliminate these undesirable properties, low molecular weight heparin is used - preparations in which the molecular weight of the fragments ranges from 2500 to 6500 Da, synthesized from non-fractional heparin.

Низкомолекулярные гепарины тормозят каскад свертывания крови на более высокой ступени - на уровне фактора Ха, имеют высокую биодоступность - более 90% после глубокой подкожной инъекции. Однако они тормозят и образование некоторого количества тромбина, что может привести к развитию тромбоцитопении.Low molecular weight heparins inhibit the blood coagulation cascade at a higher level - at the level of factor Xa, have a high bioavailability - more than 90% after deep subcutaneous injection. However, they inhibit the formation of a certain amount of thrombin, which can lead to the development of thrombocytopenia.

Безопасность клинического применения гепарина может быть гарантирована только при рациональном введении его антагонистов, которые способны быстро и без токсических проявлений устранять избыточный антикоагулянтный эффект гепарина. Трудности восстановления свертываемости крови при использовании антагонистов гепарина во многом зависят от характера распределения гепарина в организме пациента. Поэтому для расчета нейтрализующих доз антагонистов гепарина требуется определять концентрацию гепарина в крови в каждом конкретном случае. Рациональность использования антигепаринатов, главным образом, зависит от точности и скорости получения информации о количестве циркулирующего в кровотоке гепарина, что является основной проблемой безопасного использования гепарина как антикоагулянта.The safety of the clinical use of heparin can only be guaranteed by the rational administration of its antagonists, which are able to quickly and without toxic manifestations eliminate the excessive anticoagulant effect of heparin. Difficulties in the restoration of blood coagulation when using heparin antagonists largely depend on the nature of the distribution of heparin in the patient's body. Therefore, to calculate the neutralizing doses of heparin antagonists, it is required to determine the concentration of heparin in the blood in each case. The rationality of the use of antiheparinates mainly depends on the accuracy and speed of obtaining information on the amount of heparin circulating in the bloodstream, which is the main problem of the safe use of heparin as an anticoagulant.

Эффективность методов определения гепарина зависит от принципа, на котором они основаны.The effectiveness of methods for determining heparin depends on the principle on which they are based.

Известны коагуляционные методы, основанные на определении ингибирующего эффекта гепарина по отношению к тромбину или фактору Ха, например, так называемые интегральные методы, основанные на способности гепарина удлинять время свертывания крови в результате ингибирования образования фибринового сгустка.Coagulation methods are known based on determining the inhibitory effect of heparin with respect to thrombin or factor Xa, for example, the so-called integral methods based on the ability of heparin to lengthen the blood coagulation time as a result of inhibiting the formation of a fibrin clot.

Однако, несмотря на простоту, интегральные методы определения концентрации гепарина характеризуются целым рядом недостатков, к которым можно отнести:However, despite its simplicity, integrated methods for determining heparin concentration are characterized by a number of disadvantages, which include:

- отсутствие специфичности (на результаты интегральных методов, помимо действия гепарина, оказывают влияние различные изменения коагуляции in vivo);- lack of specificity (the results of integral methods, in addition to the action of heparin, are affected by various changes in coagulation in vivo);

- низкую чувствительность (интегральные методы практически не чувствительны к низким (<0,1 международной единицы активности гепарина в 1 мл (Ед./мл)) концентрациям гепарина;- low sensitivity (integrated methods are practically not sensitive to low (<0.1 international units of heparin activity in 1 ml (U / ml)) heparin concentrations;

- низкую воспроизводимость (относительная ошибка определений концентрации гепарина, проводимых при помощи интегральных методов, составляет ~20-25%).- low reproducibility (the relative error in determining heparin concentration using integral methods is ~ 20-25%).

Для определения концентрации гепарина в плазме крови применяют также методы, основанные на использовании хромогенных пептидных субстратов, специфичных по отношению к тромбину или фактору Ха. В этих тестах хромогенные пептидные субстраты выступают в качестве «репортерных» молекул, по изменению оптических свойств которых (колориметрических или флюорометрических) можно следить за скоростью катализируемой гепарином ферментативной реакции инактивации антитромбина или фактора Ха антитромбином III. Условия проведения теста подбирают таким образом, чтобы скорость ферментативной реакции была связана линейной зависимостью с уровнем гепарина в образце. Однако на результаты анализов, проводимых с использованием хромогенных пептидных субстратов, оказывает влияние связывание гепарина с белковыми компонентами плазмы, имеющими антигепариновую природу.To determine the concentration of heparin in blood plasma, methods based on the use of chromogenic peptide substrates specific for thrombin or factor Xa are also used. In these tests, chromogenic peptide substrates act as “reporter” molecules, by changing the optical properties of which (colorimetric or fluorometric), one can monitor the rate of heparin-catalyzed enzymatic inactivation of antithrombin or factor Xa by antithrombin III. The test conditions are selected so that the enzymatic reaction rate is linearly related to the heparin level in the sample. However, the results of analyzes carried out using chromogenic peptide substrates are influenced by the binding of heparin to plasma protein components having an antiheparin nature.

Колориметрический и флюорометрический методы определения гепарина характеризуются более высокой точностью и стабильной чувствительностью к гепарину (до 0,01 Ед./мл) по сравнению с методами, основанными на процессе образовании сгустка, являются более удобными для клинического обследования и контроля, но вследствие их сложности и достаточно высокой стоимости их постановка возможна только в хорошо оснащенных специализированных лабораториях, располагающих дорогостоящим оборудованием и высококвалифицированным персоналом.Colorimetric and fluorometric methods for the determination of heparin are characterized by higher accuracy and stable sensitivity to heparin (up to 0.01 Units / ml) compared with methods based on the formation of a clot, are more convenient for clinical examination and control, but due to their complexity and quite high cost of their production is possible only in well-equipped specialized laboratories with expensive equipment and highly qualified personnel.

Известны химические методы, с помощью которых измеряют в основном количество гепарина как вещества, а не его антикоагулянтную активность, и основаны на детекции гепарина как мукополисахарида.Chemical methods are known by which they mainly measure the amount of heparin as a substance, and not its anticoagulant activity, and are based on the detection of heparin as a mucopolysaccharide.

Для этого, например, используют карбазольную реакцию гексуроновой кислоты или ацетилацетоновую конденсацию гексозаминов с количественным определением последующих пиррольных производных (дериватов) при помощи п-диметиламинобензальдегида (реагент Эрлиха). Эти методы непригодны для определения гепарина в плазме крови, характеризуются длительностью проведения анализа - ~1 час и более, и отличаются невысокой чувствительностью: с их помощью можно обнаружить концентрации гепарина более 12 мкг/мл или 1,6 Ед./мл.For this, for example, the carbazole reaction of hexuronic acid or the acetylacetone condensation of hexosamines with the quantification of subsequent pyrrole derivatives (derivatives) using p-dimethylaminobenzaldehyde (Erlich reagent) are used. These methods are unsuitable for determining heparin in blood plasma, are characterized by the duration of the analysis - ~ 1 hour or more, and are not very sensitive: they can be used to detect heparin concentrations of more than 12 μg / ml or 1.6 units / ml.

Еще одна группа химических методов основана на способности гепарина как мукополисахарида вызывать метахроматический эффект при его взаимодействии с некоторыми основными красителями - азуром А, толуидиновым синим, карбоцианиновым красителем. Интенсивность метахромазии при образовании комплекса «гепарин - краситель» при оптимальной концентрации и объеме раствора добавленного красителя пропорциональна концентрации гепарина, и эта величина может быть определена спектрофотометрически. Минимальная концентрация гепарина, определяемая при помощи метахроматических методов, составляет ~10 мкг/мл или 1,0 Ед./мл его активности. Относительная ошибка определения концентрации гепарина при помощи этой группы методов составляет 10-15%.Another group of chemical methods is based on the ability of heparin as a mucopolysaccharide to cause a metachromatic effect when it interacts with some of the main dyes - azure A, toluidine blue, and carbocyanine dye. The intensity of metachromasia during the formation of the heparin-dye complex at the optimal concentration and volume of the solution of the added dye is proportional to the concentration of heparin, and this value can be determined spectrophotometrically. The minimum concentration of heparin, determined using metachromatic methods, is ~ 10 μg / ml or 1.0 units / ml of its activity. The relative error in determining the concentration of heparin using this group of methods is 10-15%.

Однако метахроматические методы, как и методы, основанные на использовании специфических в отношении гепарина химических реакций, также непригодны для определения гепарина в плазме крови, достаточно дороги, обладают плохой воспроизводимостью и недостаточно точны. Последние два недостатка обусловлены преципитацией образующегося комплекса «гепарин - краситель» и чувствительностью показаний абсорбции этого комплекса к температуре.However, metachromatic methods, like methods based on the use of chemical reactions specific for heparin, are also unsuitable for determining heparin in blood plasma, are quite expensive, have poor reproducibility and are not accurate enough. The last two drawbacks are due to the precipitation of the resulting heparin-dye complex and the sensitivity of the absorption readings of this complex to temperature.

Известно, что практика клинической медицины, как правило, включает проведение анализов физиологических жидкостей (кровь, моча, ликвор и т.д.) пациента с целью определения уровня биологически активных веществ (далее БАВ), определяющих состояние его организма.It is known that the practice of clinical medicine, as a rule, includes the analysis of physiological fluids (blood, urine, cerebrospinal fluid, etc.) of the patient in order to determine the level of biologically active substances (hereinafter referred to as BAS) that determine the state of his body.

Известны биотехнологические приемы для определения содержания БАВ в физиологических жидкостях, в частности портативные универсальные биосенсорные тест-системы (Биосенсоры: основы и приложения. / Под ред. Тернера Э., Карубе И., Уилсона Дж. М.: Мир, 1992, 614 с.), которые состоят из двух принципиальных компонентов: «чувствительного» элемента - «биодатчика», создаваемого на основе биологических молекул, обладающего способностью изменять свои оптические свойства при взаимодействии с БАВ, и системы детектирования и преобразования оптического сигнала, генерируемого биодатчиком при взаимодействии с определяемым БАВ-аналитом (Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Лагутина М.А., Ребров Л.Б., Быков В.А., Евдокимов Ю.М. Биодатчики на основе жидкокристаллических структур ДНК: создание и приложения в биотехнологии и медицине. // Технологии живых систем, 2006, т.3, №4, с.3-27).Known biotechnological methods for determining the content of biologically active substances in physiological fluids, in particular portable universal biosensor test systems (Biosensors: fundamentals and applications. / Ed. Turner E., Karube I., Wilson J. M.: Mir, 1992, 614 p. .), which consist of two fundamental components: a "sensitive" element - a "biosensor" created on the basis of biological molecules, which has the ability to change its optical properties when interacting with biologically active substances, and a system for detecting and converting an optical signal biosensor generated by interaction with a determined biologically active analyzer (Skuridin S.G., Dubinskaya V.A., Lagutina M.A., Rebrov L.B., Bykov V.A., Evdokimov Yu.M. Biosensors based on liquid crystal structures of DNA: creation and applications in biotechnology and medicine. // Technologies of living systems, 2006, v.3, No. 4, pp.3-27).

Биотехнологические методы с использованием биосенсоров обладают целым рядом преимуществ перед традиционными u1084 методами аналитической химии, а именно высокой чувствительностью, селективностью определения БАВ, отсутствием необходимости в специальной пробоподготовке, отсутствием особых требований, предъявляемых к рабочим площадям и квалификации персонала, проводящего анализ, возможностью получения результата анализа в режиме реального времени (Евдокимов Ю.М., Бундин B.C., Островский М.А. Биосенсоры и сенсорная биология. // Сенсорные системы, 1997, т.11, №4, с.373-387).Biotechnological methods using biosensors have a number of advantages over traditional u1084 methods of analytical chemistry, namely, high sensitivity, selectivity for determining biologically active substances, the absence of the need for special sample preparation, the absence of special requirements for working areas and the qualifications of the personnel conducting the analysis, and the possibility of obtaining an analysis result in real time (Evdokimov Yu.M., Bundin BC, Ostrovsky MA Biosensors and sensory biology. // Sensory systems Topics, 1997, t.11, 4, s.373-387).

Известны принципы функционирования биосенсоров на основе молекул ДНК (Yevdokimov Yu.M., Skuridin S.G., Chernukha B.A. The Background for creating biosensors based on nucleic acid molecules. // Advances in Biosensors (Eds. A.P.F.Turner and Yu.M.Yevdokimov); JAI Press Inc., London, 1995, v.3, p.143-164; Skuridin S.G., Yevdokimov Yu.M., Efimov V.S., Hall J.M., Turner A.P.F. A new approach for creating double-stranded DNA biosensors. // Biosens. Bioelectron., 1996, v.11, No 9, p.903-911).Known principles for the functioning of biosensors based on DNA molecules (Yevdokimov Yu.M., Skuridin SG, Chernukha BA The Background for creating biosensors based on nucleic acid molecules. // Advances in Biosensors (Eds. APFTurner and Yu.M. Yevdokimov); JAI Press Inc., London, 1995, v.3, p. 143-164; Skuridin SG, Yevdokimov Yu.M., Efimov VS, Hall JM, Turner APF A new approach for creating double-stranded DNA biosensors. // Biosens. Bioelectron., 1996, v. 11, No. 9, p. 903-911).

Известны исследования возможностей конструирования биосенсоров биодатчиков для определения БАВ на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот (Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Мчедлишвили Б.В., Быков В.А., Спенер Ф., Палумбо М. Молекулярное конструирование на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот и синтетических полинуклеотидов для создания интегрального биодатчика. // Сенсорные системы, 1999, т.13, №1, с.82-91).There are studies of the possibilities of constructing biosensors of biosensors for determining biologically active substances based on double-stranded nucleic acids (Evdokimov Yu.M., Salyanov V.I., Mchedlishvili B.V., Bykov V.A., Spener F., Palumbo M. Molecular construction based on double-stranded nucleic acids and synthetic polynucleotides to create an integrated biosensor. // Sensory systems, 1999, v.13, No. 1, p. 82-91).

Было замечено, что жидкие кристаллы ДНК имеют ряд отличительных особенностей, в частности:It has been observed that liquid DNA crystals have a number of distinctive features, in particular:

- высокую плотность упаковки и упорядоченный характер укладки молекул ДНК в жидких кристаллах, практически совпадающие с аналогичными параметрами, характерными для ДНК в составе биологических объектов;- high packing density and the ordered nature of the packing of DNA molecules in liquid crystals, which practically coincide with similar parameters characteristic of DNA as a part of biological objects;

- высокую лабильность пространственной структуры жидких кристаллов в ответ на изменение внешних условий и, наконец,- high lability of the spatial structure of liquid crystals in response to changes in external conditions and, finally,

- аномальную оптическую активность, наблюдаемую при образовании жидких кристаллов ДНК холестерического типа, которая проявляется, в частности, в наличии интенсивной полосы, расположенной в области поглощения азотистых оснований ДНК (λ≈260 нм) в спектре кругового дихроизма (далее КД) при облучении этих кристаллов потоком циркулярно-поляризованного излучения в ультрафиолетовой области спектра.- the anomalous optical activity observed during the formation of liquid crystals of cholesteric type DNA, which is manifested, in particular, in the presence of an intense band located in the absorption region of nitrogenous DNA bases (λ≈260 nm) in the circular dichroism spectrum (hereinafter CD) when these crystals are irradiated a stream of circularly polarized radiation in the ultraviolet region of the spectrum.

Амплитуда этой полосы может в десятки и сотни раз превышать амплитуду полосы в спектре кругового дихроизма (КД), обусловленную молекулярной оптической активностью, характерной для исходных линейных молекул ДНК.The amplitude of this band can be tens or hundreds of times greater than the amplitude of the band in the spectrum of circular dichroism (CD), due to the molecular optical activity characteristic of the initial linear DNA molecules.

Такие биодатчики получили название «интегральных микрочипов на основе наноконструкций ДНК» (Yevdokimov Yu.M., Salyanov V.I., Zakharov M.A. A novel type of microscopic size chips based on double-stranded nucleic acids. // Lab on a Chip, 2001, v.1, No 1, p.35-41).Such biosensors are called “integrated microarrays based on DNA nanoconstructions” (Yevdokimov Yu.M., Salyanov VI, Zakharov MA A novel type of microscopic size chips based on double-stranded nucleic acids. // Lab on a Chip, 2001, v. 1, No 1, p. 35-41).

В качестве перспективного биоматериала, используемого для создания полифункциональных биодатчиков биосенсорных устройств, известны частицы лиотропных жидкокристаллических дисперсий линейных двухцепочечных молекул ДНК (далее ХЖКД) и их комплексов с БАВ (Скуридин С.Г., Евдокимов Ю.М. Частицы жидкокристаллических дисперсий ДНК как основа для создания чувствительных элементов биосенсоров. // Биофизика, 2004, т.49, №3, с.468-485).As a promising biomaterial used to create multifunctional biosensors of biosensor devices, particles of lyotropic liquid crystal dispersions of linear double-stranded DNA molecules (hereinafter CLCD) and their complexes with biologically active substances (Skuridin SG, Evdokimov Yu.M. Particles of liquid crystal DNA dispersions as the basis for the creation of sensitive elements of biosensors. // Biophysics, 2004, T. 49, No. 3, S. 468-485).

При этом молекулы ДНК, фиксированные в пространственной структуре частиц ХЖКД, используют в качестве «строительных блоков», между которыми возможно «встраивать» искусственные наноразмерные «наномостики», содержащие «чувствительные» элементы, способные легко «откликаться» на присутствие в среде БАВ разной химической природы (Yevdokimov Yu.M., Skuridin S.G., Nechipurenko D.Yu., Zakharov M.A., Salyanov V.I., Kurnosov A.A., Kuznetsov V.D., Nikiforov V.N. Nanoconstructions based on double-stranded nucleic acids. // Int. J. Biol. Macromol., 2005, v.36, No 1-2, p.103-115).Moreover, DNA molecules fixed in the spatial structure of CLCD particles are used as “building blocks” between which it is possible to “embed” artificial nanoscale “nanobridges” containing “sensitive” elements that can easily “respond” to the presence of various chemical nature (Yevdokimov Yu.M., Skuridin SG, Nechipurenko D.Yu., Zakharov MA, Salyanov VI, Kurnosov AA, Kuznetsov VD, Nikiforov VN Nanoconstructions based on double-stranded nucleic acids. // Int. J. Biol. Macromol. , 2005, v. 36, No. 1-2, p. 103-115).

Известны жидкокристаллические биодатчики для определения БАВ (US, 6246470, B1; RU, 2032895, С1), представляющие собой дисперсную фазу из линейных двухцепочных молекул ДНК, сшитых молекулами субстрата для определяемого БАВ, распределенную в водно-полимерном матриксе, при этом используют субстрат, подвергающийся гидролизу под воздействием БАВ.Known liquid crystal biosensors for the determination of biologically active substances (US, 6246470, B1; RU, 2032895, C1), which are a dispersed phase of linear double-stranded DNA molecules crosslinked by substrate molecules for a defined biologically active substance distributed in a water-polymer matrix, using a substrate subjected to hydrolysis under the influence of biologically active substances.

Принцип формирования и действия датчика состоит в том, что сначала из молекул ДНК и природного соединения формируют комплекс «ДНК - природное соединение», затем из этого комплекса формируют дисперсную жидкокристаллическую фазу и расщепляют молекулы природного соединения в составе комплексов «ДНК - природное соединение», образующих жидкие кристаллы, при помощи определяемого БАВ, являющегося протеолитическим ферментом, например стеллином В. В результате действия фермента сшивки между молекулами ДНК, образованные молекулами природного соединения, разрушаются, и сами жидкие кристаллы переходят из оптически неактивного в оптически активное состояние. Изменение аномальной оптической активности, в частности, спектров ДНК, наблюдаемое при перестроении структуры жидкого кристалла, позволяет не только детектировать наличие фермента в исследуемом растворе, но и открывает возможность для определения его типа, класса или группы по характеру наблюдаемых изменений.The principle of the formation and operation of the sensor is that first a DNA – natural compound complex is formed from DNA and natural compounds, then a dispersed liquid crystalline phase is formed from this complex and molecules of the natural compound are split into DNA – natural compound complexes, which form liquid crystals, using a defined BAS, which is a proteolytic enzyme, for example, stellin B. As a result of the action of the enzyme, cross-linking between DNA molecules formed by natural molecules compounds are destroyed, and the liquid crystals themselves pass from an optically inactive to an optically active state. The change in the anomalous optical activity, in particular, the DNA spectra, observed during the rearrangement of the liquid crystal structure, allows not only to detect the presence of the enzyme in the test solution, but also opens up the possibility of determining its type, class, or group by the nature of the observed changes.

Было установлено, что основным фактором стабилизации интегральных микрочипов ДНК является не осмотическое давление водно-полимерного раствора, а число и «прочность» наномостиков (Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Захаров М.А., Лагутина М.А., Минеева М.Ф., Ребров Л.Б., Быков В.А., Евдокимов Ю.М. Выявление фармацевтических субстанций с комплексообразующими свойствами при помощи биоаналитической тест-системы на основе интегральных жидкокристаллических микрочипов ДНК. // Жидкие кристаллы и их практическое использование, 2005, №3-4, с.64-74; Yevdokimov Yu.M., Salyanov V.I., Lortkipanidze G.B., Gedig E., Spener F., Palumbo M. Sensing biological effectors through the response of bridged nucleic acids and polynucleotides fixed in liquid-crystalline dispersions. // Biosens. Bioelectron., 1998, v.13, p.279-291).It was found that the main factor in the stabilization of integrated DNA microarrays is not the osmotic pressure of the aqueous polymer solution, but the number and “strength” of nanobridges (Skuridin S.G., Dubinskaya V.A., Zakharov M.A., Lagutina M.A. , Mineeva M.F., Rebrov L.B., Bykov V.A., Evdokimov Yu.M. Identification of pharmaceutical substances with complexing properties using a bioanalytical test system based on integrated liquid crystal DNA microarrays // Liquid crystals and their practical use, 2005, No. 3-4, p.64-74; Yevdokimov Yu.M., Salyanov V. I., Lortkipanidze GB, Gedig E., Spener F., Palumbo M. Sensing biological effectors through the response of bridged nucleic acids and polynucleotides fixed in liquid-crystalline dispersions. // Biosens. Bioelectron., 1998, v.13, p .279-291).

Поэтому возможно получение микрочипов ДНК, стабильных в широком интервале условий и способных существовать за пределами образования частиц лиотропной ХЖКД ДНК (Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Скуридин С.Г. От жидких кристаллов к наноконструкциям ДНК. // Молекуляр. биология, 2009, т.43, №2, с.309-326).Therefore, it is possible to obtain DNA microarrays that are stable over a wide range of conditions and can exist outside the formation of particles of lyotropic CLCD DNA (Evdokimov Yu.M., Salyanov V.I., Skuridin S.G. From liquid crystals to DNA nanostructures. // Molecule. Biology, 2009, vol. 43, No. 2, pp. 309-326).

Известен способ определения гепарина в лабораторных растворах, основанный на различиях в пространственной организации ХЖКД комплекса «ДНК - антагонист гепарина» и комплекса «ХЖКД ДНК», а также на способности гепарина взаимодействовать с его синтетическим антагонистом - поликонидином, включенным в состав ХЖКД комплекса «ДНК - антагонист гепарина» (RU, 2123008, С1). Этот способ включает:A known method for the determination of heparin in laboratory solutions, based on differences in the spatial organization of CLCD complex "DNA - heparin antagonist" and complex "CLCD DNA", as well as the ability of heparin to interact with its synthetic antagonist - polyconidine, included in the CLCD complex "DNA - heparin antagonist "(RU, 2123008, C1). This method includes:

- формирование ХЖКД комплекса «ДНК - антагонист гепарина» в водно-солевом растворе умеренной (физиологической) ионной силы;- the formation of CLCD complex "DNA - heparin antagonist" in a water-salt solution of moderate (physiological) ionic strength;

- смешивание полученной дисперсии с нейтральным по отношению к ДНК, антагонисту гепарина и гепарину водно-солевым раствором полимера;- mixing the resulting dispersion with a neutral in relation to DNA, heparin antagonist and heparin aqueous-salt solution of the polymer;

- смешивание полученной смеси с анализируемой жидкостью, содержащей гепарин, в условиях, при которых оптические свойства ХЖКД комплекса «ДНК - антагонист гепарина» не нарушаются;- mixing the resulting mixture with the analyzed liquid containing heparin, under conditions in which the optical properties of the CLCD complex of the "DNA - heparin antagonist" are not violated;

- регистрацию спектра кругового дихроизма (аномальной оптической активности) в области поглощения азотистых оснований ДНК при пропускании через пробу, полученную в результате указанного смешивания, потока циркулярно-поляризованного излучения в ультрафиолетовой области спектра;- registration of the spectrum of circular dichroism (anomalous optical activity) in the region of absorption of nitrogenous DNA bases when passing through the sample obtained by said mixing a circularly polarized radiation flux in the ultraviolet region of the spectrum;

- определение концентрации гепарина в пробе при помощи заранее полученной калибровочной прямой;- determination of the concentration of heparin in the sample using the previously obtained calibration line;

- корректировку концентрации гепарина в анализируемой жидкости с учетом разбавления, использованного при приготовлении пробы.- adjustment of the concentration of heparin in the analyzed fluid, taking into account the dilution used in the preparation of the sample.

Несмотря на высокую точность и чувствительность этого способа определения гепарина его практические возможности ограничены следующими факторами:Despite the high accuracy and sensitivity of this method for determining heparin, its practical capabilities are limited by the following factors:

- необходимостью концентрирования гепарина в процессе пробоподготовки физиологической жидкости для анализа, чтобы ее смешивание с водно-солевым раствором полимера, содержащим ХЖКД комплекса «ДНК - антагонист гепарина», не приводило к уменьшению концентрации полимера до значений ниже «критической» концентрации, при которой ХЖКД ДНК не образуется (Yevdokimov Yu.M., Skuridin S.G., Lortkipanidze G.B. Liquid-crystalline dispersions of nucleic acids. // Liq. Crystals, 1992, v.12, No 1, p.1-16);- the need to concentrate heparin in the process of sample preparation of physiological fluid for analysis, so that its mixing with a water-salt polymer solution containing CLCD of the DNA – heparin antagonist complex does not lead to a decrease in the polymer concentration to values below the “critical” concentration at which CLCD of DNA not formed (Yevdokimov Yu.M., Skuridin SG, Lortkipanidze GB Liquid-crystalline dispersions of nucleic acids. // Liq. Crystals, 1992, v. 12, No. 1, p. 1-16);

- применением дорогостоящих стационарных коммерческих дихрографов, обеспечивающих получение потока циркулярно-поляризованного излучения в ультрафиолетовой области спектра и регистрацию аномального оптического сигнала, например, «Jobin-Yvon» Mark III или Mark V; «Jasco», Model-710/720, имеющихся, как правило, только в специализированных научных лабораториях. Недостатком этих приборов является не только их высокая стоимость, но и невысокая скорость регистрации оптического сигнала.- the use of expensive stationary commercial dichrographs, providing a circularly polarized radiation flux in the ultraviolet region of the spectrum and recording an anomalous optical signal, for example, Jobin-Yvon Mark III or Mark V; "Jasco", Model-710/720, available, as a rule, only in specialized scientific laboratories. The disadvantage of these devices is not only their high cost, but also the low speed of recording an optical signal.

Таким образом, перечисленные выше недостатки существенно затрудняют быстрое получение точной информации о концентрации гепарина в анализируемых пробах и ограничивают широкое применение перечисленных выше групп методов для проведения такого рода анализов в лабораторных условиях.Thus, the above disadvantages significantly complicate the rapid obtaining of accurate information on the concentration of heparin in the analyzed samples and limit the widespread use of the above groups of methods for conducting such analyzes in the laboratory.

Поэтому разработка современных высокоточных, простых в исполнении и недорогих экспресс-методов определения уровня гепарина - актуальная проблема клинической биохимии и медицинского приборостроения.Therefore, the development of modern high-precision, simple and inexpensive express methods for determining the level of heparin is an urgent problem of clinical biochemistry and medical instrumentation.

Известен интегральный микрочип, представляющий собой частицу ХЖКД ДНК, в которой соседние молекулы нуклеиновой кислоты «сшиты» наномостиками (Фиг.1), состоящими из чередующихся ионов Cu2+ и молекул соединения антрациклинового ряда - антибиотиков, образующих между собой полимерные хелатные сшивки (RU, 2139933, С1), в которых ионы меди обладают магнитными свойствами и способствуют формированию пространственно-ориентированной структуры частиц ХЖКД ДНК и наномостиков (Никифоров В.Н., Кузнецов В.Д., Нечипуренко Ю.Д., Салянов В.И., Евдокимов Ю.М. Магнитные свойства меди в составе наномостиков, образованных между фиксированными в пространстве молекулами ДНК. // Письма в ЖЭТФ, 2005, т.81, с.327-329). При этом в состав наномостика входят 6 атомов Cu2+ и 5 молекул ДАУ (фиг.2). Применение указанных частиц ХЖКД ДНК в качестве интегрального биодатчика обусловлено тем, что молекулы многих химических и биологически активных соединений образуют комплексные соединения с ионами Cu2+, «вытаскивая» эти ионы из структуры хелатного комплекса с 4-мя атомами кислорода в составе двух последующих молекул антрациклинового соединения. Такой процесс сопровождается не только нарушением целостности всей полимерной «сшивки», но и соответствующим уменьшением аномальной оптической активности молекул указанной ХЖКД ДНК. Величина уменьшения аномальной оптической активности связана с величиной концентрации химического или биологически активного соединения, присутствующего в анализируемой жидкости и разрушающего полимерную хелатную «сшивку». Формирование интегрального микрочипа сопровождается появлением аномального оптического сигнала в спектре кругового дихроизма (КД) в области поглощения антибиотика (λmax ~515 нм) при облучении микрочипа потоком циркулярно-поляризованного излучения в видимой области спектра. Наличие этого сигнала позволяет не только контролировать состояние вторичной структуры молекул ДНК, образующих микрочип, но и целостность самих наномостиков. Поэтому аномальный оптический сигнал можно использовать в качестве аналитического критерия, позволяющего определять аналиты, «мишенью» которых являются «строительные блоки» микрочипа, в частности структурные элементы наномостиков, в частности ионы Cu2+ и молекулы антибиотика.An integral microchip is known, which is a CLCD DNA particle in which neighboring nucleic acid molecules are “crosslinked” by nanobridges (FIG. 1), consisting of alternating Cu2 + ions and anthracycline compounds — antibiotics that form polymer chelate crosslinks (RU, 2139933, C1), in which copper ions have magnetic properties and contribute to the formation of a spatially oriented structure of CLCD particles of DNA and nanobridges (Nikiforov V.N., Kuznetsov V.D., Nechipurenko Yu.D., Salyanov V.I., Evdokimov Yu. M. Magnit e properties of copper in the composition nanobridges formed in the space between the fixed DNA molecules. // JETP Letters, 2005, t.81, s.327-329). In this case, the nanobridge includes 6 Cu2 + atoms and 5 DAU molecules (Fig. 2). The use of these CLCD DNA particles as an integral biosensor is due to the fact that the molecules of many chemical and biologically active compounds form complex compounds with Cu2 + ions, "pulling" these ions out of the structure of the chelate complex with 4 oxygen atoms in the two subsequent molecules of the anthracycline compound. Such a process is accompanied not only by the violation of the integrity of the entire polymer "crosslinking", but also by a corresponding decrease in the anomalous optical activity of the molecules of the indicated CLCD DNA. The magnitude of the decrease in anomalous optical activity is related to the concentration of a chemical or biologically active compound present in the analyzed fluid and destroying the polymer chelate “crosslinking”. The formation of an integrated microchip is accompanied by the appearance of an anomalous optical signal in the spectrum of circular dichroism (CD) in the absorption region of the antibiotic (λmax ~ 515 nm) when the microchip is irradiated with a circularly polarized radiation flux in the visible spectrum. The presence of this signal allows not only monitoring the state of the secondary structure of DNA molecules forming the microchip, but also the integrity of the nanobridges themselves. Therefore, an abnormal optical signal can be used as an analytical criterion, which allows one to determine analytes whose “target” is the “building blocks” of the microchip, in particular, the structural elements of nanobridges, in particular Cu2 + ions and antibiotic molecules.

Однако избирательная способность описанных выше интегральных биодатчиков (RU, 2139933 С1) детектировать в физиологических растворах наличие гепарина по изменению амплитуды аномального оптического сигнала, генерируемого биодатчиком при облучении его потоком циркулярно-поляризованного излучения в ультрафиолетовой области спектра, не была выявлена.However, the selective ability of the integrated biosensors described above (RU, 2139933 C1) to detect the presence of heparin in physiological solutions by changing the amplitude of the anomalous optical signal generated by the biosensor when it was irradiated with a circularly polarized radiation flux in the ultraviolet region of the spectrum was not detected.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Целью настоящего изобретения было создание способа определения физиологических концентраций гепарина в анализируемых жидких пробах с помощью биоаналитической тест-системы с такими условиями его проведения, которые позволили бы быстро, просто, точно и надежно определять его концентрацию, в том числе и очень низкую ~0,5-5,0 мкг/мл, в физиологических растворах.The aim of the present invention was to provide a method for determining the physiological concentrations of heparin in the analyzed liquid samples using a bioanalytical test system with such conditions that would allow you to quickly, simply, accurately and reliably determine its concentration, including a very low ~ 0.5 -5.0 μg / ml, in physiological solutions.

При создании изобретения была поставлена задача создания способа, обеспечивающего высокочувствительное детектирование гепарина за счет выявления и регистрации изменений оптической активности контактирующего с гепарином биодатчика при облучении его в видимом спектре, вызванных взаимодействием гепарина только со специфическим чувствительным элементом биодатчика, и при этом исключающего одновременное взаимодействие гепарина с другими биологически активными соединениями в исследуемом физиологическом растворе и исключающего необходимость предварительной подготовки анализируемой пробы, связанной с повышением концентрации в ней гепарина.When creating the invention, the task was to create a method that provides highly sensitive detection of heparin by detecting and recording changes in the optical activity of a biosensor contacting with heparin when it is irradiated in the visible spectrum, caused by the interaction of heparin only with a specific sensitive element of the biosensor, while eliminating the simultaneous interaction of heparin with other biologically active compounds in the studied physiological saline and excluding the necessary The preliminary preparation of the analyzed sample is related to an increase in the concentration of heparin in it.

Поставленная задача была решена созданием способа определения физиологических концентраций гепарина в анализируемых жидких пробах согласно изобретению, включающего регистрацию оптического сигнала помещенного в указанную пробу биодатчика, представляющего собой размещенные в водно-солевом растворе полимера частицы лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии жестких молекул двухцепочечных нуклеиновых кислот, в которых соседние молекулы нуклеиновых кислот соединены наномостиками, содержащими чувствительный к гепарину элемент, и обладающего аномальными оптическими свойствами при облучении потоком циркулярно-поляризованного излучения, отличающегося тем, что при этом используют интегральный биодатчик, содержащий в качестве чувствительного к гепарину элемента соединение антрациклинового ряда, имеющее не менее одной реакционноспособной аминогруппы, связанной с сахарным остатком, и обладающий хромофорными свойствами при облучении в видимой области спектра, и при этом способ включает:The problem was solved by creating a method for determining the physiological concentrations of heparin in the analyzed liquid samples according to the invention, which includes recording an optical signal of a biosensor placed in the indicated sample, which is particles of a lyotropic cholesteric liquid crystal dispersion of rigid double-stranded nucleic acid molecules placed in an aqueous salt solution of the polymer, in which neighboring nucleic acid molecules are connected by nanobridges containing hepar sensitive an element, and having anomalous optical properties when irradiated with a circularly polarized radiation flux, characterized in that it uses an integrated biosensor containing, as a heparin sensitive element, an anthracycline series compound having at least one reactive amino group associated with a sugar residue, and having chromophore properties when irradiated in the visible region of the spectrum, and the method includes:

а) формирование интегрального биодатчика, обладающего хромофорными свойствами при облучении в видимой области спектра, содержащего в наномостиках конструктивный элемент, не чувствительный к гепарину, и чувствительный к гепарину элемент, при этом производят:a) the formation of an integrated biosensor with chromophore properties when irradiated in the visible region of the spectrum, containing in the nanobridges a structural element that is not sensitive to heparin, and a sensitive element to heparin, while doing this:

a1) формирование частиц холестерической жидкокристаллической дисперсии из молекул нуклеиновых кислот, имеющих молекулярную массу менее 1×106 Да, в водно-солевом полимерном растворе, обладающем способностью исключать указанные молекулы из своего состава;a1) the formation of particles of a cholesteric liquid crystal dispersion from nucleic acid molecules having a molecular weight of less than 1 × 10 6 Yes, in a water-salt polymer solution capable of excluding said molecules from its composition;

а2) добавление к водно-солевому раствору полимера жидкокристаллической дисперсии нуклеиновых кислот, полученной в операции a1), раствора соединения, выбранного в качестве чувствительного к гепарину элемента, до получения дисперсии комплекса «нуклеиновая кислота - чувствительный элемент», в котором u1088 реакционноспособные группы чувствительного элемента чувствительны к гепарину;a2) adding a liquid-crystalline dispersion of nucleic acids to the aqueous salt solution of the polymer obtained in step a1), a solution of the compound selected as the heparin-sensitive element, to obtain a dispersion of the nucleic acid-sensitive element complex, in which u1088 are reactive groups of the sensitive element sensitive to heparin;

а3) обработку дисперсии, полученной в операции а2), раствором соединения, выбранного в качестве конструктивного элемента, не чувствительного к гепарину, до получения дисперсии, в которой соседние молекулы нуклеиновых кислот соединены наномостиками, представляющими собой плоские хелатные комплексы «конструктивный элемент - чувствительный элемент - конструктивный элемент … конструктивный элемент - чувствительный элемент - конструктивный элемент»;a3) processing the dispersion obtained in operation a2) with a solution of a compound selected as a heparin-insensitive structural element to obtain a dispersion in which adjacent nucleic acid molecules are connected by nanobridges, which are flat chelate complexes "structural element - sensitive element - structural element ... structural element - sensitive element - structural element ”;

а4) последующее размещение дисперсии, полученной в операции а3), в водно-солевом растворе полимера, оптически изотропного и химически нейтрального по отношению к нуклеиновой кислоте, к конструктивному элементу, не чувствительному к гепарину, и к чувствительному элементу;a4) the subsequent placement of the dispersion obtained in operation a3) in a water-salt solution of a polymer optically isotropic and chemically neutral with respect to nucleic acid, to a structural element that is not sensitive to heparin, and to a sensitive element;

а5) измерение аномальной оптической активности полученного интегрального биодатчика на двух длинах волн в видимой области спектра, при этом первую длину волны выбирают в области поглощения азотистых оснований нуклеиновых кислот и используют как внутренний стандарт, а вторую длину волны выбирают в полосе поглощения чувствительного элемента, и по многократному увеличению оптического сигнала в полосе поглощения чувствительного элемента определяют исходные характеристики полученного интегрального биодатчика;a5) measuring the anomalous optical activity of the obtained integrated biosensor at two wavelengths in the visible region of the spectrum, the first wavelength being selected in the absorption region of the nitrogenous nucleic acid bases and used as the internal standard, and the second wavelength selected in the absorption band of the sensitive element, and a multiple increase in the optical signal in the absorption band of the sensing element determines the initial characteristics of the obtained integrated biosensor;

б) определение калибровочных характеристик аномальной оптической активности полученного интегрального биодатчика в видимой области спектра при облучении калибровочных проб, содержащих смесь указанного полимерного раствора интегрального биодатчика, полученного в операции а4), и раствора гепарина известной концентрации, потоком циркулярно-поляризованного излучения на указанной длине волны в области поглощения чувствительного элемента;b) determination of the calibration characteristics of the anomalous optical activity of the obtained integrated biosensor in the visible spectrum upon irradiation of calibration samples containing a mixture of the specified polymer solution of the integrated biosensor obtained in step a4) and a solution of heparin of known concentration, with a circularly polarized radiation flux at the specified wavelength in areas of absorption of the sensing element;

в) смешивание полученного в операции а4) указанного полимерного раствора интегрального биодатчика с анализируемой жидкой пробой;c) mixing the obtained polymer solution of the integrated biosensor obtained in operation a4) with the analyzed liquid sample;

г) при облучении полученной в операции в) смеси потоком циркулярно-поляризованного излучения на указанной длине волны в области поглощения чувствительного элемента в видимой области спектра регистрируют оптический сигнал и определяют на основе калибровочных характеристик присутствие и концентрацию гепарина в анализируемой жидкой пробе.d) when the mixture obtained in operation c) is irradiated with a circularly polarized radiation flux at a specified wavelength in the absorption region of the sensing element in the visible spectrum, an optical signal is recorded and the presence and concentration of heparin in the analyzed liquid sample are determined based on calibration characteristics.

При этом согласно изобретению возможно в качестве молекул нуклеиновых кислот использовать молекулы двухцепочечных синтетических или природных полинуклеотидов, способных к образованию холестерической жидкокристаллической дисперсии при фазовом исключении с сохранением своей химической реакционной способности и аномальных оптических свойств.Moreover, according to the invention, it is possible to use double-stranded synthetic or natural polynucleotides as nucleic acid molecules capable of forming a cholesteric liquid crystal dispersion during phase exclusion while maintaining their chemical reactivity and anomalous optical properties.

При этом согласно изобретению желательно в качестве молекул нуклеиновых кислот использовать молекулы жесткоцепных полимеров.Moreover, according to the invention, it is desirable to use rigid chain polymer molecules as nucleic acid molecules.

При этом согласно изобретению целесообразно в качестве конструктивных элементов наномостиков использовать ионы металлов, способных к образованию протяженных плоских хелатных комплексов.Moreover, according to the invention, it is advisable to use metal ions capable of forming extended flat chelate complexes as structural elements of nanobridges.

При этом согласно изобретению возможно в качестве конструктивного элемента наномостиков использовать ион меди.Moreover, according to the invention, it is possible to use a copper ion as a structural element of nanobridges.

При этом согласно изобретению возможно в качестве чувствительного к гепарину элемента наномостиков использовать соединение антрациклинового ряда, выбранное из группы, включающей рубомицин, виоломицин, адриамицин, карминомицин, премицин, доксорубицин, дауномицин.Moreover, according to the invention, it is possible to use an anthracycline series compound selected from the group consisting of rubomycin, violomycin, adriamycin, carminomycin, premycin, doxorubicin, daunomycin as a heparin-sensitive element of nanobridges.

При этом согласно изобретению целесообразно в качестве чувствительного к гепарину элемента использовать дауномицин (ДАУ).Moreover, according to the invention, it is advisable to use daunomycin (DAU) as a heparin sensitive element.

При этом согласно изобретению разумно в качестве водно-солевого раствора водорастворимого, оптически изотропного и химически нейтрального по отношению к нуклеиновой кислоте, к конструктивному элементу и чувствительному элементу полимера использовать раствор полиэтиленгликоля.Moreover, according to the invention, it is reasonable to use a solution of polyethylene glycol as a water-salt solution of a water-soluble, optically isotropic and chemically neutral with respect to nucleic acid, structural element and sensitive element of the polymer.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

В дальнейшем изобретение поясняется примерами его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:The invention is further illustrated by examples of its implementation and the accompanying drawings, in which:

Фиг.1 - интегральный биодатчик согласно изобретению схематическое изображение структуры наномостика между двумя соседними молекулами ДНК, фиксированными в пространственной структуре частицы ХЖКД;Figure 1 - integrated biosensor according to the invention, a schematic representation of the structure of the nanobridge between two adjacent DNA molecules, fixed in the spatial structure of the particles CLCD;

Фиг.2а - спектр поглощения ДАУ при отсутствии гепарина (кривая 1) и спектры поглощения комплекса «ДАУ-гепарин» (кривые 2-5), полученные при обработке ДАУ растворами гепарина разной концентрации, в координатах «оптическая плотность А - длина волны λ»;Figa - absorption spectrum of DAU in the absence of heparin (curve 1) and absorption spectra of the complex "DAU-heparin" (curves 2-5) obtained by processing the DAU with heparin solutions of different concentrations, in coordinates "optical density A - wavelength λ" ;

Фиг.2б - спектры поглощения комплекса «ДАУ-гепарин» (кривая 1) и спектры поглощения комплекса «ДАУ-гепарин» после обработки их растворами антагониста гепарина - поликонидина (кривые 2-5) разной концентрации, в координатах «оптическая плотность A - длина волны λ»;Fig.2b - absorption spectra of the complex "DAU-heparin" (curve 1) and absorption spectra of the complex "DAU-heparin" after processing them with solutions of a heparin antagonist - polyconidine (curves 2-5) of different concentrations, in coordinates "optical density A - length waves λ ";

Фиг.3 - спектр КД лиотропной ХЖКД, сформированной в результате фазового исключения молекул ДНК из водно-солевого раствора полимера ПЭГ, в координатах «изменение оптической плотности ΔА=(AL-AR) - длина волны λ»;Figure 3 - CD spectrum of lyotropic CLCD, formed as a result of phase exclusion of DNA molecules from a water-salt solution of a PEG polymer, in coordinates "change in optical density ΔА = (AL-AR) - wavelength λ";

Фиг.4 - спектры КД лиотропной ХЖКД ДНК до обработки (кривая 1) и этой же дисперсии после ее последовательной обработки ДАУ и CuCl2 (кривая 2) в координатах «изменение оптической плотности ΔА=(AL-AR) - λ - длина волны»;Figure 4 - CD spectra of lyotropic CLCD DNA before processing (curve 1) and the same dispersion after its sequential processing of DAU and CuCl2 (curve 2) in the coordinates "change in optical density ΔA = (AL-AR) - λ - wavelength";

Фиг.5 - спектры КД интегрального биодатчика согласно изобретению до (кривая 1) и после (кривая 2) взаимодействия с гепарином, и спектр КД лиотропной ХЖКД комплекса ДНК-ДАУ (кривая 3), в координатах «изменение оптической плотности ΔА=(AL-AR) - длина волны λ»;Figure 5 - CD spectra of the integrated biosensor according to the invention before (curve 1) and after (curve 2) interaction with heparin, and the CD spectrum of lyotropic CLCD complex of DNA-DAE (curve 3), in the coordinates "change in optical density ΔА = (AL- AR) is the wavelength λ ";

Фиг.6 - динамика разрушения интегральных биодатчиков согласно изобретению под действием разных концентраций гепарина, в координатах «изменение оптической плотности ΔАотн. - время Т»;6 - dynamics of the destruction of the integrated biosensors according to the invention under the influence of different concentrations of heparin, in the coordinates of the "change in optical density ΔAotn. - time T ";

Фиг.7 - калибровочные кривые для определения концентрации гепарина в анализируемой пробе, при обработке интегральных биодатчиков растворами гепарина известной концентрации в течение 9 (кривая 1), 12 (кривая 2), 15 (кривая 3) и 18 мин (кривая 4), в координатах «изменение оптической плотности ΔАотн. - концентрация гепарина СГепарин».7 - calibration curves for determining the concentration of heparin in the analyzed sample, when processing integrated biosensors with heparin solutions of known concentration for 9 (curve 1), 12 (curve 2), 15 (curve 3) and 18 min (curve 4), coordinates "change in optical density ΔAot. - the concentration of heparin SGeparin. "

При этом представленные примеры осуществления изобретения не ограничивают его и не выходят за рамки формулы изобретения.However, the presented examples of the invention do not limit it and do not go beyond the scope of the claims.

Наилучший вариант осуществления изобретенияBest Mode for Carrying Out the Invention

Авторами были проведены исследования по созданию интегрального биодатчика, который может содержать в составе наномостиков чувствительный к гепарину элемент, обладающий аномальной оптической активностью при образовании его комплекса с гепарином. В качестве такого элемента были исследованы соединения антрациклинового ряда на примере антибиотика дауномицина (далее ДАУ). При этом была исследована способность дауномицина образовывать комплекс ДАУ-гепарин. В исследованиях были использованы:The authors conducted research on the creation of an integrated biosensor, which may contain a heparin-sensitive element with anomalous optical activity in the formation of its complex with heparin in the composition of nanobridges. As such an element, anthracycline compounds were studied using the antibiotic daunomycin (hereinafter DAU) as an example. The ability of daunomycin to form a DAU-heparin complex was investigated. The studies used:

1. Раствор дауномицина: приготовление и концентрации.1. A solution of daunomycin: preparation and concentration.

Коммерческий препарат антрациклинового антибиотика ДАУ (C27H29NO10×HCl; мол. масса = 564 Да; «Sigma», США) использовали без дополнительной очистки.The commercial preparation of the anthracycline antibiotic DAU (C27H29NO10 × HCl; mol. Mass = 564 Yes; Sigma, USA) was used without further purification.

Навеску ДАУ (~0,4 мг) помещали в пробирку (V=1,5 мл) и растворяли при интенсивном перемешивании на миксере в 200 мкл дистиллированной воды.A portion of DAU (~ 0.4 mg) was placed in a test tube (V = 1.5 ml) and dissolved with vigorous stirring in a mixer in 200 μl of distilled water.

Таким способом готовили 200 мкл раствора ДАУ с концентрацией ДАУ СДАУ ~2 мг/мл.In this way, 200 μl of a DAU solution with a DAU concentration of SDAU of ~ 2 mg / ml was prepared.

Для окончательного растворения ДАУ пробирку, содержащую указанный раствор ДАУ, помещали в светонепроницаемый контейнер, устанавливали его на 12 часов в прохладное место (~4°C), после чего приступали к определению точной концентрации антибиотика.To completely dissolve the DAU, the tube containing the indicated DAU solution was placed in a lightproof container, placed in a cool place (~ 4 ° C) for 12 hours, and then the determination of the exact antibiotic concentration was started.

Точную концентрацию ДАУ в растворе определяли спектрофотометрически в диапазоне длин волн 350-650 нм, пользуясь значением его молярного коэффициента поглощения (λmax=475 нм; εmax=12000 М-1·см-1).The exact concentration of DAA in the solution was determined spectrophotometrically in the wavelength range of 350-650 nm, using the value of its molar absorption coefficient (λmax = 475 nm; εmax = 12000 M -1 · cm -1 ).

Согласно полученным данным молярная концентрация ДАУ в указанном растворе составляла 3,15×10-3 М.According to the data obtained, the molar concentration of DAU in the specified solution was 3.15 × 10 -3 M.

Раствор ДАУ хранили в светонепроницаемом контейнере при 4°C.The DAU solution was stored in an opaque container at 4 ° C.

2. Раствор гепарина приготовление и концентрации2. Heparin solution preparation and concentration

Коммерческий препарат Na-соли гепарина (мол. масса = 4000 Да; «Serva», Германия) с удельной активностью 186000 Ед./г использовали без дополнительной очистки.A commercial preparation of heparin Na-salt (molar mass = 4000 Da; Serva, Germany) with a specific activity of 186000 U / g was used without additional purification.

Навеску Na-соли гепарина (4,0 мг) помещали в мерную пробирку (V=5,0 мл) и растворяли при интенсивном перемешивании на миксере в 1,5 мл дистиллированной воды; доводили объем раствора до 2,0 мл.A portion of heparin Na-salt (4.0 mg) was placed in a measuring tube (V = 5.0 ml) and dissolved with vigorous stirring on a mixer in 1.5 ml of distilled water; the volume of the solution was adjusted to 2.0 ml.

Таким способом готовили 2,0 мл раствора гепарина с фиксированной концентрацией СГепарин = 2 мг/мл.In this way, 2.0 ml of a heparin solution with a fixed concentration of heparin = 2 mg / ml was prepared.

3. Раствор поликонидина: приготовление и концентрации3. Polyconidine solution: preparation and concentration

Препарат антагониста гепарина - четвертичной аммонийной соли монодисперсного олигомера конидина со степенью полимеризации 25 - поликонидина (мол. масса = 4042 Да), синтезированного к.х.н. А.В.Некрасовым (Институт иммунологии МЗ РФ), использовали без дополнительной очистки.A preparation of a heparin antagonist, a quaternary ammonium salt of a monodisperse oligomer of conidine with a polymerization degree of 25, polyconidine (molar mass = 4042 Da), synthesized by a chemical scientist A.V. Nekrasov (Institute of Immunology, Ministry of Health of the Russian Federation), was used without additional purification.

Навеску поликонидина (4,0 мг) помещали в мерную пробирку (V=5,0 мл) и растворяли при интенсивном перемешивании на миксере в 1,5 мл дистиллированной воды; доводили объем раствора до 2,0 мл.A portion of polyconidine (4.0 mg) was placed in a measuring tube (V = 5.0 ml) and dissolved with vigorous stirring on a mixer in 1.5 ml of distilled water; the volume of the solution was adjusted to 2.0 ml.

Таким способом готовили 2,0 мл раствора поликонидина с фиксированной концентрацией СПоликонидин = 2,0 мг/мл.In this way, 2.0 ml of a polyconidin solution with a fixed concentration of SPolikonidin = 2.0 mg / ml was prepared.

4. Дихрометр для регистрации аномальной оптической активности биологически активного вещества в анализируемой жидкости4. Dichrometer for recording the anomalous optical activity of a biologically active substance in the analyzed liquid

В качестве дихрометра может быть использован дихрометр, обладающий способностью формировать поток циркулярно-поляризованного излучения и воздействовать им на анализируемую жидкость. Например, портативный дихрометр, имеющий следующие характеристики, показанные в Табл.1.As a dichrometer, a dichrometer can be used, which is capable of generating a circularly polarized radiation flux and acting on the analyzed liquid. For example, a portable dichrometer having the following characteristics shown in Table 1.

Таблица 1Table 1 Некоторые желаемые характеристики портативного дихрометраSome desirable features of a portable dichrometer Спектральная область, нмSpectral region, nm 250 (200) … 750250 (200) ... 750 Спектральное разрешениеSpectral resolution 33 Время перестройки длины волны между крайними точками спектрального диапазона, сThe wavelength tuning time between the extreme points of the spectral range, s 0,50.5 Диапазон регулирования температуры образца, °CRange of regulation of temperature of a sample, ° C 12 … 8012 ... 80 Размеры спектрального блока, ммDimensions of the spectral block, mm 500×330×170500 × 330 × 170 Масса спектрального блока, кгThe mass of the spectral block, kg 14fourteen Минимальный детектируемый сигнал КД (ΔА/А)Minimum detectable signal CD (ΔA / A) 3×10-7 3 × 10 -7

Для исследований был использован известный дихрометр (RU, 92960, U1), содержащий размещенные последовательно: источник широкополосного светового излучения; селектор, приспособленный для формирования световых потоков с заданными длинами волн, соответствующих области оптической активности определяемого вещества, проявляемой в спектре кругового дихроизма; поляризатор, приспособленный для формирования линейно поляризованного светового потока; спектральную щель, приспособленную для выделения линейно поляризованного светового потока с определенным направлением вектора поляризации; модулятор поляризации, приспособленный для преобразования указанного линейно-поляризованного светового потока в циркулярно-поляризованный световой поток с периодически изменяющимся направлением вращения вектора поляризации; устройство для размещения анализируемой пробы в оптически проницаемой кювете, содержащее блок термостатирования указанной кюветы; фотоэлектронный умножитель, приспособленный для регистрации оптических сигналов кругового дихроизма анализируемой жидкости и преобразования их в пропорциональный электрический сигнал; цифровую систему регистрации, приспособленную для выделения и усиления указанного электрического сигнала и преобразования его в цифровую форму; средство обработки полученного электрического сигнала и вычисления концентрации биологически активного вещества.For research, a well-known dichrometer (RU, 92960, U1) was used, containing sequentially placed: a source of broadband light radiation; a selector adapted to generate light fluxes with predetermined wavelengths corresponding to the region of optical activity of the substance being determined, manifested in the spectrum of circular dichroism; a polarizer adapted to form a linearly polarized light flux; a spectral gap adapted to isolate a linearly polarized light flux with a specific direction of the polarization vector; a polarization modulator adapted to convert said linearly polarized light flux into a circularly polarized light flux with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector; a device for placing an analyzed sample in an optically permeable cuvette, comprising a thermostatic block for said cuvette; a photoelectronic multiplier adapted for recording optical signals of circular dichroism of the analyzed liquid and converting them into a proportional electrical signal; a digital recording system adapted to isolate and amplify said electrical signal and convert it to digital form; means for processing the received electrical signal and calculating the concentration of the biologically active substance.

Управление работой такого дихрометра осуществляется при помощи пакета программ, позволяющего реализовывать различные режимы его работы. Преимуществами описанного дихрометра являются его низкая стоимость по сравнению со стационарными коммерческими аналогами, компактность, мобильность, отсутствие необходимости в охлаждении водой или газообразным азотом, возможность работы персонала, не имеющего высокой квалификации.The operation of such a dichrometer is controlled using a software package that allows you to implement various modes of its operation. The advantages of the described dichrometer are its low cost compared to stationary commercial counterparts, compactness, mobility, the absence of the need for cooling with water or gaseous nitrogen, the ability to work personnel who are not highly qualified.

Пример 1. Исследование химической активности гепарина в отношении ДАУ.Example 1. The study of the chemical activity of heparin against DAU.

А) Образование комплекса «ДАУ-Гепарин»A) The formation of the complex "DAU-Heparin"

В прямоугольной оптической кювете (длина оптического пути 1 см; V=4,0 мл) смешивали 2,0 мл дистиллированной H2O и 18,0 мкл раствора ДАУ, приготовленного, как описано выше в п.1, при этом: ДАУ («Sigma», США) в концентрации СДАУ=2,81×10-5 М; гепарин («Serva», Германия) - мол. масса гепарина = 4000 Да; удельная активность препарата гепарина составляет 186000 Ед/г.In a rectangular optical cuvette (optical path length 1 cm; V = 4.0 ml), 2.0 ml of distilled H2O and 18.0 μl of a DAU solution prepared as described above in paragraph 1 were mixed, with: DAU ("Sigma ", USA) in a concentration of SDAU = 2.81 × 10 -5 M; heparin (Serva, Germany) - mol. heparin mass = 4000 Yes; the specific activity of the heparin preparation is 186,000 U / g.

Регистрировали спектр поглощения полученной смеси в интервале длин волн 350-650 нм, спектр поглощения ДАУ при отсутствии гепарина в координатах «оптическая плотность А - длина волны λ» показан на Фиг.2а (кривая 1).The absorption spectrum of the resulting mixture was recorded in the wavelength range of 350-650 nm, the absorption spectrum of DAE in the absence of heparin in the coordinates “optical density A - wavelength λ” is shown in Fig. 2a (curve 1).

После регистрации спектра поглощения ДАУ в оптическую кювету, содержащую 2,018 мл раствора ДАУ, последовательно добавляли 1, 3, 5, 9 и 11 мкл (всего 11 мкл) исходного раствора гепарина, приготовленного, как описано выше в п.2; после каждой добавки раствора гепарина полученную в кювете смесь тщательно перемешивали и регистрировали ее спектр поглощения в области длин волн 350-650 нм. Спектры поглощения комплекса «ДАУ-гепарин», полученные при обработке ДАУ растворами гепарина разной концентрации, показаны на Фиг.2а (кривые 2-5):After recording the absorption spectrum of DAUs in an optical cuvette containing 2.018 ml of a DAU solution, 1, 3, 5, 9, and 11 μl (11 μl total) of the heparin stock solution prepared as described above in step 2 were added sequentially; after each addition of a heparin solution, the mixture obtained in the cuvette was thoroughly mixed and its absorption spectrum was recorded in the wavelength range of 350-650 nm. The absorption spectra of the complex "DAU-heparin" obtained by processing the DAU with heparin solutions of different concentrations are shown in Fig.2A (curves 2-5):

- кривая 2 при СГепарин = 0,99 мкг/мл;- curve 2 with SGeparin = 0.99 μg / ml;

- кривая 3 при СГепарин = 2,97 мкг/мл;- curve 3 with SGeparin = 2.97 μg / ml;

- кривая 4 при СГепарин = 8,88 мкг/мл;- curve 4 with SGeparin = 8.88 μg / ml;

- кривая 5 при СГепарин = 10,84 мкг/мл.- curve 5 with SGeparin = 10.84 μg / ml.

Добавление гепарина сопровождалось уменьшением оптической плотности в максимуме поглощения ДАУ (гипохромный эффект) и появлением изобестической точки при λ ~550 нм. Эти результаты свидетельствовали об образовании комплекса «ДАУ-гепарин».The addition of heparin was accompanied by a decrease in optical density at the absorption maximum of DAE (hypochromic effect) and the appearance of an isobestic point at λ ~ 550 nm. These results indicated the formation of the DAU-heparin complex.

Б) Разрушение комплекса «ДАУ-Гепарин»B) The destruction of the complex "DAU-Heparin"

В оптическую кювету, содержащую 2,029 мл комплекса «ДАУ-гепарин», полученного в п.А примера 1, последовательно добавляли 9, 11, 14 и 24 мкл исходного раствора поликонидина, полученного, как описано выше в п.3, всего 24 мкл. После каждой добавки раствора поликонидина полученную в кювете смесь тщательно перемешивали и регистрировали ее спектр поглощения в области длин волн 350-650 нм.In an optical cuvette containing 2.029 ml of the DAU-heparin complex obtained in step A of Example 1, 9, 11, 14 and 24 μl of the initial solution of polyconidine obtained as described above in step 3 were added 24 μl in total. After each addition of a polyconidine solution, the mixture obtained in the cuvette was thoroughly mixed and its absorption spectrum was recorded in the wavelength range of 350-650 nm.

На Фиг.2б приведены спектры поглощения комплекса «ДАУ-гепарин» до (кривая 1) добавления антагониста гепарина - поликонидина в виде аммонийной соли олигомера конидина со степенью полимеризации 25, и после добавления поликонидина в разных концентрациях (кривые 2-5):Figure 2b shows the absorption spectra of the DAU-heparin complex before (curve 1) the addition of a heparin antagonist, polyconidine, in the form of the ammonium salt of conidine oligomer with a degree of polymerization of 25, and after the addition of polyconidine in different concentrations (curves 2-5):

- кривая 2 при СПоликонидин = 8,83 мкг/мл;- curve 2 with SPOLICONIDIN = 8.83 μg / ml;

- кривая 3 при СПоликонидин = 10,78 мкг/мл;- curve 3 with SPOLICONIDIN = 10.78 μg / ml;

- кривая 4 при СПоликонидин = 13,71 мкг/мл;- curve 4 with SPOLICONIDIN = 13.71 μg / ml;

- кривая 5 при СПоликонидин = 23,38 мкг/мл.- curve 5 with SPOLICONIDIN = 23.38 μg / ml.

При концентрации поликонидина ~23,38 мкг/мл наблюдается практически полное восстановление спектра поглощения, характерного для свободных (не связанных в комплекс) молекул ДАУ, что видно из сравнения кривой 5 на Фиг.2б с кривой 1 на Фиг.2а. Восстановление исходного спектра поглощения ДАУ обусловлено диссоциацией комплекса «ДАУ-гепарин» под действием поликонидина и образованием более прочного комплекса «гепарин-поликонидин».At a polyconidine concentration of ~ 23.38 μg / ml, an almost complete restoration of the absorption spectrum characteristic of free (not complexed) DAU molecules is observed, which can be seen from a comparison of curve 5 in Fig. 2b with curve 1 in Fig. 2a. The restoration of the initial absorption spectrum of DAU is due to the dissociation of the DAU-heparin complex under the action of polyconidine and the formation of a more durable complex “heparin-polyconidine”.

Таким образом, данные, приведенные на Фиг.2а и 2б, свидетельствуют о том, что гепарин образует прочный комплекс с молекулами ДАУ.Thus, the data shown in FIGS. 2a and 2b indicate that heparin forms a strong complex with DAU molecules.

Следовательно, гепарин способен «экстрагировать» молекулы ДАУ из состава наномостиков «-Cu2+-ДАУ-Cu2+- … Cu2+-ДАУ-Cu2+» интегрального биодатчика, что должно приводить к его разрушению, которое будет сопровождаться уменьшением (вплоть до полного исчезновения) генерируемого им оптического сигнала. Это означает, что аномальный оптический сигнал, генерируемый интегральным микрочипом ДНК, можно использовать в качестве критерия, позволяющего судить о наличии гепарина в анализируемой жидкости.Consequently, heparin is able to “extract” DAE molecules from the composition of the “-Cu2 + -DAU-Cu2 + - ... Cu2 + -DAU-Cu2 +” nanostructures of the integrated biosensor, which should lead to its destruction, which will be accompanied by a decrease (until complete disappearance) of the optical signal. This means that the abnormal optical signal generated by the integrated DNA microchip can be used as a criterion for judging the presence of heparin in the analyzed fluid.

Пример 2. Определение физиологических концентраций гепарина в анализируемых жидких пробах.Example 2. Determination of physiological concentrations of heparin in the analyzed liquid samples.

Способ определения физиологических концентраций гепарина в анализируемых жидких пробах гепарина согласно изобретению показан на примере определения гепарина с использованием интегрального биодатчика, представляющего собой размещенные в водно-солевом растворе полимера частицы лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии жестких молекул двухцепочечных нуклеиновых кислот, в которых соседние молекулы нуклеиновых кислот соединены наномостиками, содержащими последовательно соединенные в плоские хелатные комплексы, инертные к гепарину конструктивные элементы и чувствительные к гепарину элементы, при этом интегральный биодатчик в качестве чувствительного к гепарину элемента содержит соединение антрациклинового ряда, имеющее не менее одной реакционноспособной аминогруппы, связанной с сахарным остатком, и обладающего аномальными оптическими и хромофорными свойствами при облучении потоком циркулярно-поляризованного излучения в видимой области спектра.A method for determining the physiological concentrations of heparin in the analyzed liquid samples of heparin according to the invention is shown by the example of determining heparin using an integrated biosensor, which is a particle of lyotropic cholesteric liquid crystal dispersion of rigid double-stranded nucleic acid molecules placed in a water-salt solution of the polymer, in which neighboring nucleic acid molecules are connected by nanobridges containing sequentially connected in a flat chelate complexes, in heparin-resistant structural elements and heparin-sensitive elements, while the integrated biosensor as an element sensitive to heparin contains an anthracycline compound having at least one reactive amino group associated with a sugar residue and having anomalous optical and chromophore properties when irradiated with a circular polarized radiation in the visible region of the spectrum.

При этом согласно изобретению возможно в качестве чувствительного к гепарину элемента наномостиков использовать соединение антрациклинового ряда, выбранное из группы, включающей рубомицин, виоломицин, адриамицин, карминомицин, премицин, доксорубицин, дауномицин.Moreover, according to the invention, it is possible to use an anthracycline series compound selected from the group consisting of rubomycin, violomycin, adriamycin, carminomycin, premycin, doxorubicin, daunomycin as a heparin-sensitive element of nanobridges.

Исследования были проведены с использованием интегрального биодатчика, содержащего в качестве чувствительного к гепарину элемента дауномицин, как наиболее коммерчески приемлемый в настоящее время.The studies were carried out using an integrated biosensor containing daunomycin as the most commercially acceptable element as a heparin-sensitive element.

В способе определения гепарина согласно изобретению был создан интегральный биодатчик, имеющий в своей структуре в составе наномостиков чувствительный к гепарину ДАУ и инертный к гепарину конструктивный элемент, в качестве которого использован ион меди.In the method for determining heparin according to the invention, an integrated biosensor was created having in its structure, nanostructures, a DAU sensitive to heparin and a heparin inert structural element using copper ion.

Схематически на Фиг.1 показана структура наномостиков между двумя соседними молекулами ДНК, фиксированными в пространственной структуре частицы u1061 ХЖКД.Schematically, FIG. 1 shows the structure of nanobridges between two adjacent DNA molecules fixed in the spatial structure of the CLCD particle u1061.

Способ определения гепарина согласно изобретению осуществляли, как описано ниже.The method for determining heparin according to the invention was carried out as described below.

2А. Создание интегрального микрочипа на основе молекул ДНК, фиксированных в структуре частиц лиотропной ХЖКД2A. Creation of an integrated microchip based on DNA molecules fixed in the structure of lyotropic CLCD particles

2А.1) Формирование частиц лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии из молекул нуклеиновых кислот, имеющих молекулярную массу менее 1×106 Да, в водно-солевом полимерном растворе, обладающем способностью исключать указанные молекулы из своего состава.2A.1) The formation of particles of lyotropic cholesteric liquid crystal dispersion from nucleic acid molecules having a molecular weight of less than 1 × 10 6 Yes in a water-salt polymer solution capable of excluding these molecules from its composition.

Лиотропную ХЖКД готовили из молекул двухцепочечной ДНК из тимуса крупного рогатого скота («Sigma», США; мол. масса ДНК ~(0,3-0,6)×106 Да, СДНК=5,5 мкг/мл) путем их фазового исключения из водно-солевого (0,3 М NaCl+0,002 М Na+-фосфатный буфер) раствора ПЭГ («Serva», Германия; мол. масса ПЭГ=4000 Да; СПЭГ=170 мг/мл).Lyotropic CLCD was prepared from double-stranded DNA molecules from the thymus of cattle (Sigma, USA; molar mass of DNA ~ (0.3-0.6) × 10 6 Yes, CDNA = 5.5 μg / ml) by their phase exceptions from the water-salt (0.3 M NaCl + 0.002 M Na + phosphate buffer) PEG solution (Serva, Germany; molar mass of PEG = 4000 Da; SPEG = 170 mg / ml).

Аномальные оптические свойства лиотропной ХЖКД ДНК контролировали, измеряя спектр КД при помощи описанного выше портативного дихрометра (RU, 92960, U1) в интервале длин волн 250-350 нм.The anomalous optical properties of lyotropic CLCD DNA were monitored by measuring the CD spectrum using the portable dichrometer described above (RU, 92960, U1) in the wavelength range of 250-350 nm.

Появление интенсивной отрицательной полосы в спектре КД (λmax ~270 нм) свидетельствовало об упорядоченном расположении молекул ДНК в структуре жидкокристаллической дисперсии, что подтверждается регистрацией, как показано на Фиг.3, спектра КД лиотропной ХЖКД, сформированной в результате фазового исключения молекул ДНК из водно-солевого раствора полимера ПЭГ, в координатах «изменение оптической плотности ΔА=(AL-AR) - длина волны λ» (ΔА×10-6 - круговой дихроизм, оптич. ед.; СДНК ~20 мкг/мл; рН ~7,0; L=1 см; температура - 22°C).The appearance of an intense negative band in the CD spectrum (λmax ~ 270 nm) indicated an ordered arrangement of DNA molecules in the structure of the liquid crystal dispersion, which is confirmed by registration, as shown in Figure 3, of the CD spectrum of the lyotropic CLCD formed as a result of phase exclusion of DNA molecules from the aqueous salt solution of the PEG polymer, in the coordinates "change in optical density ΔА = (AL-AR) - wavelength λ" (ΔА × 10 -6 - circular dichroism, optical units; SDNK ~ 20 μg / ml; pH ~ 7.0 ; L = 1 cm; temperature - 22 ° C).

2А.2) Получение лиотропной ХЖКД комплекса «ДНК-ДАУ»2A.2) Obtaining lyotropic CLCD complex "DNA-DAU"

К 3 мл лиотропной ХЖКД, полученной по п.2А.1), добавляли 28,6 мкл раствора ДАУ, полученного аналогично описанному выше в А.1), при концентрации ДАУ СДАУ=3,15×10-3 М при интенсивном перемешивании.To 3 ml of lyotropic CLCD obtained according to Clause 2A.1), 28.6 μL of a DAU solution obtained similarly to that described above in A.1) was added at a concentration of DAU SDAU = 3.15 × 10 -3 M with vigorous stirring.

Таким способом получали комплекс между молекулами ДНК и ДАУ в составе лиотропной ХЖКД; измеряли спектр КД полученной смеси.In this way, a complex was obtained between DNA and DAU molecules in the composition of lyotropic CLCD; the CD spectrum of the resulting mixture was measured.

Появление дополнительной отрицательной полосы в спектре КД в области поглощения ДАУ свидетельствовало об образовании комплекса «ДНК-ДАУ» в случае лиотропной ХЖКД ДНК.The appearance of an additional negative band in the CD spectrum in the DAU absorption region indicated the formation of the DNA-DAU complex in the case of lyotropic CLCD DNA.

2А.3) Создание интегрального микрочипа ДНК2A.3) Creation of an integrated DNA microchip

Готовят 0,001 М раствор CuCl2×2H2O («Aldrich», США).Prepare a 0.001 M solution of CuCl2 × 2H2O (Aldrich, USA).

К 3,0 мл лиотропной ХЖКД комплекса «ДНК-ДАУ», полученного по п.2А.2), добавляли 12,0 мкл полученного раствора CuCl2 при перемешивании. Через 40 мин регистрируют спектр КД полученной смеси в интервале длин волн 400-650 нм (фиг.7, кривая 2).To 3.0 ml of lyotropic CLCD of the DNA-DAU complex obtained according to p.2A.2), 12.0 μl of the obtained CuCl2 solution was added with stirring. After 40 minutes, the CD spectrum of the resulting mixture was recorded in the wavelength range of 400-650 nm (Fig. 7, curve 2).

На Фиг.4 показаны спектры КД лиотропной ХЖКД ДНК по завершении изменения амплитуды сигналов до обработки ДАУ и CuCl2 (кривая 1) и этой же дисперсии после ее последовательной обработки ДАУ и CuCl2 (кривая 2) в координатах «изменение оптической плотности ΔА=(AL-AR) - λ - длина волны» (ΔА×10-6 - круговой дихроизм (оптич. ед.); ДНК из тимуса крупного рогатого скота («Sigma», США); мол. масса ДНК ~(0,3-0,7)·106 Да; СДНК ~5 мкг/мл; СПЭГ=170 мг/мл; мол. масса ПЭГ=4000 Да («Serva», Германия); 0,3 М NaCl+10-2 М Na+-фосфатный буфер, рН ~7,0; ДАУ («Sigma», США); СДАУ=30,08×10-6 М; CuCl2×·2H2O («Aldrich», США); CCu2+=9,91×10-6 М; L=1 см; температура - 22°C).Figure 4 shows the CD spectra of lyotropic CLCD DNA upon completion of the change in the signal amplitude before processing DAU and CuCl2 (curve 1) and the same dispersion after its sequential processing of DAU and CuCl2 (curve 2) in the coordinates "change in optical density ΔА = (AL- AR) - λ - wavelength "(ΔА × 10 -6 - circular dichroism (optical units); DNA from the thymus of cattle (" Sigma ", USA); molar mass of DNA ~ (0.3-0, 7) · 10 6 Yes; SDNK ~ 5 μg / ml; SPEG = 170 mg / ml; molar mass of PEG = 4000 Da (Serva, Germany); 0.3 M NaCl + 10 -2 M Na + phosphate buffer , pH ~ 7.0; DAU (Sigma, USA); SDAU = 30.08 × 10 -6 M; CuCl2 × 2H2O (Aldrich, USA); CCu2 + = 9.91 × 10 -6 M; L = 1 cm; temperature - 22 ° C).

Многократное увеличение аномальной оптической активности в области поглощения ДАУ (кривая 2 Фиг.4) свидетельствовало о значительном увеличении концентрации анизотропно расположенных молекул ДАУ в составе наномостиков лиотропной ХЖКД в результате образования интегрального микрочипа, в котором между молекулами ДНК образовались наномостики «-Cu2+-ДАУ-Cu2+- … -Cu2+-ДАУ-Cu2+».A multiple increase in the anomalous optical activity in the DAA absorption region (curve 2 of Figure 4) indicated a significant increase in the concentration of anisotropically located DAU molecules in the composition of lyotropic CLCD nanobridges as a result of the formation of an integrated microchip in which “-Cu2 + -ADA-Cu2 + nanobridges formed” between DNA molecules “... -Cu2 + -DAU-Cu2 +.”

Таким образом, был получен интегральный микрочип ДНК, содержащий в составе наномостиков чувствительный к гепарину элемент ДАУ.Thus, an integrated DNA microchip was obtained containing a DAU element sensitive to heparin in the composition of nanobridges.

2Б.1). Получение калибровочных кривых содержания гепарина в анализируемой пробе2B.1). Obtaining calibration curves of heparin content in the analyzed sample

Готовили 1,0 мл раствора интегральных микрочипов ДНК, полученного по п.2А.3), помещали его в оптическую кювету, добавляли 1,0 мл дистиллированной H2O, полученную в кювете смесь тщательно перемешивали и регистрировали ее спектр КД в области длин волн 400-650 нм. Величину оптического сигнала, генерируемого интегральным микрочипом ДНК в области длины волны поглощения ДАУ далее использовали в качестве величины ΔAmax.Prepared 1.0 ml of a solution of integrated microarrays of DNA obtained according to p.2A.3), placed it in an optical cuvette, added 1.0 ml of distilled H2O, the mixture obtained in the cuvette was thoroughly mixed, and its CD spectrum was recorded in the 400- 650 nm. The magnitude of the optical signal generated by the integrated microarray of DNA in the region of the absorption wavelength of the DAE was then used as the value ΔAmax.

В оптическую кювету, содержащую 2,0 мл раствора интегральных микрочипов ДНК, полученного как описано выше, добавляли 5,0 мкл раствора гепарина, приготовленного по п.2; полученную в кювете смесь интенсивно перемешивали. Таким образом готовили образец, концентрация гепарина в котором составляет 4,99 мкг/мл. Через 15 мин регистрировали спектр КД полученной смеси в интервале длин волн 400-650 нм.5.0 μl of a heparin solution prepared according to claim 2 was added to an optical cuvette containing 2.0 ml of a solution of integrated microarray DNA prepared as described above; the mixture obtained in the cuvette was vigorously stirred. In this way, a sample was prepared with a heparin concentration of 4.99 μg / ml. After 15 min, the CD spectrum of the resulting mixture was recorded in the wavelength range of 400-650 nm.

На Фиг.5 показаны спектры КД интегрального биодатчика согласно изобретению по завершении изменения амплитуды сигналов до (кривая 1) и после (кривая 2) взаимодействия с гепарином, и, для сравнения, спектр КД лиотропной ХЖКД комплекса ДНК-ДАУ (кривая 3), в координатах «изменение оптической плотности ΔA=(AL-AR) - длина волны λ» (ΔA×10-6 - круговой дихроизм (оптич. ед.); ДНК из тимуса крупного рогатого скота («Sigma», США); мол. масса ДНК ~(0,3-0,7)·106 Да; СДНК ~5 мкг/мл; СПЭГ=170 мг/мл; мол. масса ПЭГ=4000 Да («Serva», Германия); 0,3 М NaCl+10-2 М Na+-фосфатный буфер, рН ~7,0; ДАУ («Sigma», США); СДАУ=30,08×10-6 М; CuCl2×2Н2О («Aldrich», США); CCu2+=9,91×10-6 М; гепарин («Serva», Германия); мол. масса гепарина=4000 Да; удельная активность препарата гепарина составляла 186000 Ед./г; СГепарин ~10 мкг/мл; L=1 см; температура -22°С).Figure 5 shows the CD spectra of the integrated biosensor according to the invention after completion of the change in the signal amplitude before (curve 1) and after (curve 2) interaction with heparin, and, for comparison, the CD spectrum of the lyotropic CLCD DNA-DAE complex (curve 3), in coordinates “change in optical density ΔA = (AL-AR) - wavelength λ” (ΔA × 10 -6 - circular dichroism (optical units); DNA from cattle thymus (Sigma, USA); mol. mass DNA ~ (0.3-0.7) · 10 6 Yes; CDNA ~ 5 μg / ml; SPEG = 170 mg / ml; molar mass of PEG = 4000 Da (Serva, Germany); 0.3 M NaCl +10 -2 M Na + phosphate buffer, pH ~ 7.0; DAU (Sigma, USA ); SDAU = 30.08 × 10 -6 M; CuCl2 × 2H2O (Aldrich, USA); CCu2 + = 9.91 × 10 -6 M; heparin (Serva, Germany); molar mass of heparin = 4000 Yes; the specific activity of the heparin preparation was 186000 U / g; СGeparin ~ 10 μg / ml; L = 1 cm; temperature -22 ° С).

При добавлении гепарина амплитуда отрицательной полосы в спектре КД (кривая 3 на Фиг.5), отражающая наличие наномостиков между соседними молекулами ДНК в составе интегрального микрочипа, резко уменьшалась. Это означало, что обработка интегрального микрочипа ДНК гепарином приводила к разрушению наномостиков. Такое разрушение было обусловлено образованием более прочного комплекса между молекулами ДАУ и молекулами гепарина и, как следствие этого, «экстракцией» ДАУ из состава наномостика.With the addition of heparin, the amplitude of the negative band in the CD spectrum (curve 3 in FIG. 5), which reflects the presence of nanobridges between adjacent DNA molecules in the integral microchip, sharply decreased. This meant that treatment of the integrated DNA microchip with heparin led to the destruction of nanobridges. This destruction was due to the formation of a stronger complex between DAU molecules and heparin molecules and, as a consequence, the "extraction" of DAUs from the nanobridge.

Как видно из полученных результатов, амплитуда аномального сигнала чистого ДАУ (Фиг.2а, кривая 1), сигнала комплекса ДНК-ДАУ (Фиг.5, кривая 3) и интегрального микрочипа ДНК, полученного в способе согласно изобретению (Фиг.4), отличаются.As can be seen from the results obtained, the amplitude of the abnormal signal of pure DAE (Figure 2a, curve 1), the signal of the DNA-DAU complex (Figure 5, curve 3) and the integrated DNA microchip obtained in the method according to the invention (Figure 4) differ .

Аналогичные данные были получены в случае определения клексана и фраксипарина, представляющих собой препараты низкомолекулярного гепарина со средней молекулярной массой 4000-5000 Да, применяемые в медицинской практике для профилактики тромбоэмболических осложнений, для лечения (рассасывания) глубоких венозных тромбозов, при тромбоэмболии легочных артерий, остром коронарном синдроме и при других патологических состояниях, сопровождающихся тромбообразованием.Similar data were obtained in the case of determination of clexane and fraxiparin, which are low molecular weight heparin preparations with an average molecular weight of 4000-5000 Da, used in medical practice for the prevention of thromboembolic complications, for the treatment (resorption) of deep venous thrombosis, for pulmonary embolism, acute coronary syndrome and other pathological conditions accompanied by thrombosis.

2Б.2). Получение калибровочных кривых концентрации гепарина в анализируемой пробе2B.2). Obtaining calibration curves for the concentration of heparin in the analyzed sample

Из исходного раствора гепарина, полученного как описано выше в п.2, готовили серию проб гепарина для анализа в H2O с концентрацией 1,0, 2,0 и 4,0 мкг/мл.A series of heparin samples were prepared from a stock solution of heparin obtained as described above in claim 2 for analysis in H2O at a concentration of 1.0, 2.0, and 4.0 μg / ml.

К 1,0 мл раствора, содержащего интегральные микрочипы ДНК, полученные в п.2А.3), добавляли 1,0 мл соответствующего раствора гепарина указанной выше концентрации при перемешивании и регистрировали спектры КД в области поглощения ДАУ с интервалом 5-10 мин.1.0 ml of the corresponding heparin solution of the above concentration was added to 1.0 ml of the solution containing integrated microarrays of DNA obtained in Section 2A.3) with stirring, and CD spectra were recorded in the DAU absorption region with an interval of 5-10 minutes.

На основании полученных данных строили зависимость изменения относительной амплитуды полосы в спектре КД интегрального микрочипа ДНК от времени его обработки гепарином для разных концентраций гепарина в анализируемой пробе.Based on the obtained data, the dependence of the change in the relative amplitude of the band in the CD spectrum of the integrated DNA microchip on the time of its treatment with heparin for different concentrations of heparin in the analyzed sample was constructed.

На Фиг.6 показана динамика разрушения интегральных микрочипов ДНК согласно изобретению под действием разных концентраций гепарина, в координатах «относительное изменение оптической плотности ΔАотн. - время Т» (ΔАотн.=(ΔAmax-ΔАТ)/ΔAmax - отношение разности амплитуд аномальной полосы в спектре КД интегрального микрочипа ДНК в полосе поглощения ДАУ в момент времени Т0 и Т, соответственно, к исходной амплитуде этой полосы в момент времени Т0; ДНК из тимуса крупного рогатого скота («Sigma», США); мол. масса ДНК ~(0,3-0,7)×106 Да; СДНК ~2,75 мкг/мл; СПЭГ=85 мг/мл; мол. масса ПЭГ=4000 Да («Serva», Германия); 0,15 М NaCl+0,001 М Na+-фосфатный буфер, рН ~7,0; ДАУ («Sigma», США); СДАУ=15,04×10-6 М; CuCl2×2H2O («Aldrich», США); CCu2+=2,0×10-6 М; Гепарин («Serva», Германия), мол. масса гепарина=4000 Да; удельная активность препарата гепарина составляла 186000 Ед./г; L=1 см; температура -22°С). При этом на Фиг.6 кривая 1 соответствует концентрации гепарина СГепарин = 1 мкг/мл; кривая 2 - СГепарин = 2 мкг/мл; кривая 3 - СГепарин = 4 мкг/мл.Figure 6 shows the dynamics of the destruction of the integrated microarrays of DNA according to the invention under the influence of different concentrations of heparin, in the coordinates "relative change in optical density ΔAot. - time T "(ΔArel. = (ΔAmax-ΔAT) / ΔAmax is the ratio of the difference in the amplitudes of the anomalous band in the CD spectrum of the integrated DNA microchip in the DAU absorption band at time T0 and T, respectively, to the initial amplitude of this band at time T0; DNA from bovine thymus (Sigma, USA); molar mass of DNA ~ (0.3-0.7) × 10 6 Yes; CDNC ~ 2.75 μg / ml; SPEG = 85 mg / ml; mol PEG mass = 4000 Da (Serva, Germany); 0.15 M NaCl + 0.001 M Na + phosphate buffer, pH ~ 7.0; DAU (Sigma, USA); SDAU = 15.04 × 10 - 6M; CuCl2 × 2H2O ( «Aldrich» , USA); CCu2 + = 2,0 × 10 -6 M; heparin ( «Serva», Germany), Molecular weight heparin = 4000 daltons. specific activity Reparata heparin was 186,000 U / g;. L = 1 cm; temperature -22 ° C). Moreover, in Fig.6, curve 1 corresponds to the concentration of heparin SGheparin = 1 μg / ml; curve 2 - SGeparin = 2 μg / ml; curve 3 - SGeparin = 4 μg / ml.

Данные, приведенные на Фиг.6, показывают, что уменьшение амплитуды полосы в спектре КД интегрального микрочипа ДНК в присутствии гепарина зависит от его концентрации.The data shown in Fig.6 show that the decrease in the amplitude of the strip in the CD spectrum of the integrated DNA microchip in the presence of heparin depends on its concentration.

На основании полученных данных (Фиг.6), выбрав фиксированные промежутки времени, например, 9, 12, 15 или 18 мин, строили зависимость изменения относительной амплитуды полосы в спектре КД интегрального микрочипа ДНК от концентрации гепарина в анализируемой пробе.Based on the obtained data (Fig.6), choosing fixed time intervals, for example, 9, 12, 15 or 18 min, the dependence of the change in the relative amplitude of the strip in the CD spectrum of the integrated DNA microchip on the concentration of heparin in the analyzed sample was constructed.

На Фиг.7 показаны калибровочные кривые для определения концентрации гепарина в анализируемой пробе при обработке интегральных микрочипов ДНК согласно изобретению растворами гепарина известной концентрации в течение 9 (кривая 1), 12 (кривая 2), 15 (кривая 3) и 18 мин (кривая 4), в координатах «относительное изменение оптической плотности ΔАотн. - концентрация гепарина СГепарин» ((ΔАотн.=(ΔAmax-ΔАТ)/ΔAmax - отношение разности амплитуд аномальной полосы в спектре КД интегрального микрочипа ДНК в полосе поглощения ДАУ в момент времени Т0 (перед анализом) и Т (после анализа), соответственно, к исходной амплитуде этой полосы в момент времени Т0 (перед анализом); ДНК из тимуса крупного рогатого скота («Sigma», США); мол. масса ДНК ~(0,3-0,7)×106 Да; СДНК~2,75 мкг/мл; СПЭГ=85 мг/мл; мол. масса ПЭГ=4000 Да («Serva», Германия); 0,15 М NaCl+0,001 М Na+-фосфатный буфер, рН ~7,0; ДАУ («Sigma», США); СДАУ=15,04×10-6 М; CuCl2×2H2O («Aldrich», США); CCu2+=2,0×10-6 М; гепарин («Serva», Германия), мол. масса гепарина=4000 Да; удельная активность препарата гепарина составляла 186000 Ед./г; L=1 см; температура -22°С).7 shows calibration curves for determining the concentration of heparin in the analyzed sample when processing integrated DNA microarrays according to the invention with solutions of heparin of known concentration for 9 (curve 1), 12 (curve 2), 15 (curve 3) and 18 minutes (curve 4 ), in the coordinates "the relative change in optical density ΔAot. is the heparin concentration CGeparin ”((ΔArel. = (ΔAmax-ΔAT) / ΔAmax is the ratio of the difference between the amplitudes of the anomalous band in the CD spectrum of the integrated DNA microchip in the DAU absorption band at time T0 (before analysis) and T (after analysis), respectively to the initial amplitude of this band at time T0 (before analysis); DNA from the thymus of cattle (Sigma, USA); molar mass of DNA ~ (0.3-0.7) × 10 6 Da; CDNA ~ 2 , 75 μg / ml; SPEG = 85 mg / ml; molar mass of PEG = 4000 Da (Serva, Germany); 0.15 M NaCl + 0.001 M Na + phosphate buffer, pH ~ 7.0; DAU (" Sigma ", USA); SDAU = 15.04 × 10 -6 M; CuCl2 × 2H2O (" Aldrich ", USA); CCu2 + = 2.0 × 10 -6 M; heparin (Serva, Germany), molar mass of heparin = 4000 Yes; the specific activity of the heparin preparation was 186000 U / g; L = 1 cm; temperature -22 ° C).

Наличие пропорциональной зависимости между изменением относительной амплитуды полосы в спектре КД интегрального микрочипа ДНК и концентрацией гепарина в пробе для анализа, в интервале концентраций гепарина от 0 до 4 мкг/мл, позволяет использовать эту зависимость в качестве калибровочной при определении концентрации гепарина в пробе для анализа.The presence of a proportional relationship between the change in the relative amplitude of the band in the CD spectrum of the integrated DNA microchip and the concentration of heparin in the sample for analysis, in the range of heparin concentrations from 0 to 4 μg / ml, allows this dependence to be used as a calibration one for determining the concentration of heparin in the sample for analysis.

Таким образом, используя оптический биосенсор, состоящий из портативного дихрометра и интегрального микрочипа ДНК, содержащего чувствительный к гепарину элемент, можно не только судить о наличии гепарина в анализируемой жидкости, но и определять его достаточно низкую (~0,5 мкг/мл) концентрацию.Thus, using an optical biosensor consisting of a portable dichrometer and an integrated microchip of DNA containing a heparin-sensitive element, one can not only judge the presence of heparin in the analyzed liquid, but also determine its sufficiently low (~ 0.5 μg / ml) concentration.

Claims (8)

1. Способ определения физиологических концентраций гепарина в анализируемых жидких пробах, включающий регистрацию оптического сигнала помещенного в указанную пробу биодатчика, представляющего собой размещенные в водно-солевом растворе полимера частицы лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии жестких молекул двухцепочечных нуклеиновых кислот, в которых соседние молекулы нуклеиновых кислот соединены наномостиками, содержащими чувствительный к гепарину элемент, и обладающего аномальными оптическими свойствами при облучении потоком циркулярно-поляризованного излучения, отличающийся тем, что при этом используют интегральный биодатчик, содержащий в наномостиках чередующиеся инертный к гепарину конструктивный элемент и чувствительный к гепарину элемент, в качестве чувствительного к гепарину элемента содержащий соединение антрациклинового ряда, имеющее не менее одной реакционноспособной аминогруппы, связанной с сахарным остатком, и обладающий хромофорными свойствами при облучении в видимой области спектра, и при этом способ включает:
а) создание интегрального биодатчика, обладающего хромофорными свойствами при облучении в видимой области спектра, содержащего в наномостиках конструктивный элемент, не чувствительный к гепарину, и чувствительный к гепарину элемент, при этом производят:
a1) формирование частиц холестерической жидкокристаллической дисперсии из молекул нуклеиновых кислот, имеющих молекулярную массу менее 1·106 Да, в водно-солевом полимерном растворе, обладающем способностью исключать указанные молекулы из своего состава;
а2) добавление к водно-солевому раствору полимера жидкокристаллической дисперсии нуклеиновых кислот, полученной в операции a1), раствора соединения, выбранного в качестве чувствительного к гепарину элемента, до получения дисперсии комплекса «нуклеиновая кислота - чувствительный элемент», в котором реакционноспособные группы чувствительного элемента чувствительны к гепарину;
а3) обработку дисперсии, полученной в операции а2), раствором соединения, выбранного в качестве конструктивного элемента, не чувствительного к гепарину, до получения дисперсии, в которой соседние молекулы нуклеиновых кислот соединены наномостиками, представляющими собой плоские хелатные комплексы «конструктивный элемент - чувствительный элемент - конструктивный элемент … конструктивный элемент - чувствительный элемент - конструктивный элемент»;
а4) последующее размещение дисперсии, полученной в операции а3), в водно-солевом растворе полимера, оптически изотропного и химически нейтрального по отношению к нуклеиновой кислоте, к конструктивному элементу, не чувствительному к гепарину, и к чувствительному элементу; а5) измерение аномальной оптической активности полученного интегрального биодатчика на двух длинах волн в видимой области спектра, при этом первую длину волны выбирают в области поглощения азотистых оснований нуклеиновых кислот и используют как внутренний стандарт, а вторую длину волны выбирают в полосе поглощения чувствительного элемента, и по многократному увеличению оптического сигнала в полосе поглощения чувствительного элемента определяют исходные характеристики полученного интегрального биодатчика;
б) определение калибровочных характеристик аномальной оптической активности полученного интегрального биодатчика в видимой области спектра при облучении калибровочных проб, содержащих смесь указанного полимерного раствора интегрального биодатчика, полученного в операции а4), и раствора гепарина известной концентрации, потоком циркулярно-поляризованного излучения на указанной длине волны в области поглощения чувствительного элемента;
в) смешивание полученного в операции а4) указанного полимерного раствора интегрального биодатчика с анализируемой жидкой пробой;
г) при облучении полученной в операции в) смеси потоком циркулярно-поляризованного излучения на указанной длине волны в области поглощения чувствительного элемента в видимой области спектра регистрируют оптический сигнал и определяют на основе калибровочных характеристик присутствие и концентрацию гепарина в анализируемой жидкой пробе.
1. A method for determining the physiological concentrations of heparin in the analyzed liquid samples, comprising recording an optical signal of a biosensor placed in the indicated sample, which is particles of a lyotropic cholesteric liquid crystal dispersion of rigid double-stranded nucleic acid molecules placed in a water-salt solution of the polymer, in which neighboring nucleic acid molecules are connected by nanobridges containing heparin-sensitive element, and having abnormal optical properties and irradiation with a circularly polarized radiation flux, characterized in that they use an integrated biosensor containing alternating heparin inert structural element and heparin sensitive element in nanobridges, containing an anthracycline compound having at least one reactive amino group as a heparin sensitive element associated with the sugar residue, and having chromophore properties when irradiated in the visible region of the spectrum, and the method includes:
a) the creation of an integrated biosensor with chromophore properties when irradiated in the visible region of the spectrum, containing in the nanobridges a structural element that is not sensitive to heparin, and a sensitive element to heparin, while doing this:
a1) the formation of particles of a cholesteric liquid crystal dispersion from nucleic acid molecules having a molecular weight of less than 1 · 10 6 Yes, in a water-salt polymer solution capable of excluding said molecules from its composition;
a2) adding a liquid crystal dispersion of nucleic acids to the water-salt solution of the polymer obtained in step a1), a solution of the compound selected as the heparin-sensitive element, to obtain a dispersion of the nucleic acid-sensitive element complex in which the reactive groups of the sensitive element are sensitive to heparin;
a3) processing the dispersion obtained in operation a2) with a solution of a compound selected as a heparin-insensitive structural element to obtain a dispersion in which neighboring nucleic acid molecules are connected by nanobridges, which are flat chelate complexes "structural element - sensitive element - structural element ... structural element - sensitive element - structural element ”;
a4) the subsequent placement of the dispersion obtained in operation a3) in a water-salt solution of a polymer optically isotropic and chemically neutral with respect to nucleic acid, to a structural element that is not sensitive to heparin, and to a sensitive element; a5) measuring the anomalous optical activity of the obtained integrated biosensor at two wavelengths in the visible region of the spectrum, the first wavelength being selected in the absorption region of the nitrogenous nucleic acid bases and used as the internal standard, and the second wavelength selected in the absorption band of the sensitive element, and a multiple increase in the optical signal in the absorption band of the sensing element determines the initial characteristics of the obtained integrated biosensor;
b) determination of the calibration characteristics of the anomalous optical activity of the obtained integrated biosensor in the visible spectrum upon irradiation of calibration samples containing a mixture of the specified polymer solution of the integrated biosensor obtained in step a4) and a solution of heparin of known concentration, with a circularly polarized radiation flux at the specified wavelength in areas of absorption of the sensing element;
c) mixing the obtained polymer solution of the integrated biosensor obtained in operation a4) with the analyzed liquid sample;
d) when the mixture obtained in operation c) is irradiated with a circularly polarized radiation flux at a specified wavelength in the absorption region of the sensing element in the visible spectrum, an optical signal is recorded and the presence and concentration of heparin in the analyzed liquid sample are determined based on calibration characteristics.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве молекул нуклеиновых кислот используют молекулы двухцепочечных синтетических или природных полинуклеотидов, способных к образованию холестерической жидкокристаллической дисперсии при фазовом исключении с сохранением своей химической реакционной способности и аномальных оптических свойств.2. The method according to claim 1, characterized in that the molecules of double-stranded synthetic or natural polynucleotides capable of forming a cholesteric liquid crystal dispersion with phase exclusion while maintaining their chemical reactivity and anomalous optical properties are used as nucleic acid molecules. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве молекул нуклеиновых кислот используют молекулы жесткоцепных полимеров.3. The method according to claim 2, characterized in that the molecules of hard-chain polymers are used as nucleic acid molecules. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве конструктивных элементов наномостиков используют ионы металлов, способных к образованию протяженных плоских хелатных комплексов.4. The method according to claim 1, characterized in that as the structural elements of nanobridges use metal ions capable of forming extended flat chelate complexes. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве конструктивного элемента наномостиков используют ион меди.5. The method according to claim 4, characterized in that copper ion is used as a structural element of the nanobridges. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве чувствительного к гепарину элемента наномостиков используют соединение антрациклинового ряда, выбранное из группы, включающей рубомицин, виоломицин, адриамицин, карминомицин, премицин, доксорубицин, дауномицин.6. The method according to claim 1, characterized in that the anthracycline series compound selected from the group consisting of rubomycin, violomycin, adriamycin, carminomycin, premycin, doxorubicin, daunomycin is used as a heparin-sensitive element of the nanobridges. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве чувствительного к гепарину элемента используют дауномицин.7. The method according to claim 6, characterized in that daunomycin is used as the heparin sensitive element. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве водно-солевого раствора водорастворимого, оптически изотропного и химически нейтрального по отношению к нуклеиновой кислоте, к конструктивному элементу и чувствительному элементу полимера используют раствор полиэтиленгликоля. 8. The method according to claim 1, characterized in that a solution of polyethylene glycol is used as a water-salt solution of a water-soluble, optically isotropic and chemically neutral with respect to nucleic acid, structural element and sensitive element of the polymer.
RU2010134945/15A 2010-08-23 2010-08-23 Method of determining physiological concentrations of heparin in analysed liquid samples RU2440575C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010134945/15A RU2440575C1 (en) 2010-08-23 2010-08-23 Method of determining physiological concentrations of heparin in analysed liquid samples

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010134945/15A RU2440575C1 (en) 2010-08-23 2010-08-23 Method of determining physiological concentrations of heparin in analysed liquid samples

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2440575C1 true RU2440575C1 (en) 2012-01-20

Family

ID=45785765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010134945/15A RU2440575C1 (en) 2010-08-23 2010-08-23 Method of determining physiological concentrations of heparin in analysed liquid samples

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2440575C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662171C1 (en) * 2017-11-22 2018-07-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр гематологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ гематологии" Минздрава России) Method for detecting heparin in blood
RU2669867C2 (en) * 2013-03-15 2018-10-16 Нанобиосим, Инк. Systems and methods for mobile device analysis of nucleic acids and proteins
US10933417B2 (en) 2013-03-15 2021-03-02 Nanobiosym, Inc. Systems and methods for mobile device analysis of nucleic acids and proteins

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669867C2 (en) * 2013-03-15 2018-10-16 Нанобиосим, Инк. Systems and methods for mobile device analysis of nucleic acids and proteins
US10933417B2 (en) 2013-03-15 2021-03-02 Nanobiosym, Inc. Systems and methods for mobile device analysis of nucleic acids and proteins
RU2662171C1 (en) * 2017-11-22 2018-07-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр гематологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ гематологии" Минздрава России) Method for detecting heparin in blood

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhan et al. Naked-eye detection and quantification of heparin in serum with a cationic polythiophene
Mehta et al. Highly sensitive ratiometric detection of heparin and its oversulfated chondroitin sulfate contaminant by fluorescent peptidyl probe
CN104062243A (en) FXa activity detection reagent, preparation method and application of FXa activity detection reagent
ES2725426T3 (en) Means and procedures for universal calibration of anti-factor Xa tests
Zhou et al. Binding mechanism of Orange G to human serum albumin: Saturation transfer difference-NMR, spectroscopic and computational techniques
RU2440575C1 (en) Method of determining physiological concentrations of heparin in analysed liquid samples
Yang et al. Porphyrin-GO nanocomposites based NIR fluorescent sensor array for heparin sensing and quality control
CN106680339A (en) Electrochemical method-based PT (Prothrombin Time) test card and preparation method thereof
Chen et al. Fast and Effective Turn‐on Paper‐based Phosphorescence Biosensor for Detection of Glucose in Serum
Cao et al. Near-infrared ratio fluorescent sensor for the study of PGP-1 in inflammation and tumor mice
Hontz et al. A copper (II) macrocycle complex for sensing biologically relevant organic anions in a competitive fluorescence assay: oxalate sensor or urate sensor?
DE10350880A1 (en) Method for determining an analyte by means of an extraction layer
Gadly et al. Fluorogenic gemcitabine based light up sensor for serum albumin detection in complex biological matrices
Jia et al. Dyes inspired sensor arrays for discrimination of glycosaminoglycans
Duan et al. Heparin detection based on the fluorescent turn-on probe of amino carbon quantum dots
US20210116448A1 (en) Method for measuring fibrinogen concentration in blood sample and nanoparticles for same
Szelke et al. Detection and neutralisation of heparin by a fluorescent ruthenium compound
Inada et al. Faster determination of clottable fibrinogen in human plasma: an improved method and kinetic study.
OIDA Proton nuclear magnetic resonance study on the multimode interactions of human serum albumin with drug molecules
CN111024941A (en) Protein chip for detecting multiple thrombus markers and preparation method thereof
RU2123008C1 (en) Method of heparin assay
KR101552041B1 (en) Biosensor for urea measurement
CN109983132B (en) Competitive assay of enzyme substrates with internal enzymatic Activity Compensation
Jones et al. Site specificity of binding of antitumor antibiotics to DNA
US7510879B2 (en) Detection procedures for fibrinogen and/or fibrinogen derivatives

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160824