Наносенсоры на сывороточный альбумин

На основе люминесцентных N,N-диалкиламиностирилгетаренов D-π-А архитектуры и фосфолипидов созданы наносенсоры на сывороточный альбумин с нижним пределом обнаружения на уровне лучших известных флуоресцентных сенсоров: 10,8 нмоль/л. Преимуществом разработанных наносенсоров является их селективность в ряду других белков, биосовместимость и проникновение сквозь клеточные мембраны, что является предпосылкой внутриклеточной сенсорики.

Авторский коллектив: Ахмадеев Б.С., Исламова Л.Н., Фазлеева Г.М., Герасимова Т.П., Елистратова Ю.Г., Волошина А.Д., Кацюба С.А., Калинин А.А., Мустафина А.Р., Синяшин О.Г.

Получен ряд новых люминесцентных N,N-диалкиламиностирилгетаренов D-π-А архитектуры, проявляющих галохромизм поглощения и эмиссии. Анализ экспериментальных данных в сочетании с квантово-химическими расчетами позволил установить природу наблюдаемого галохромного отклика и выявить ключевые факторы, обеспечивающие эмиссию протонированной формы. Предложен подход для термосенсорных приложений, основанный на температурном контроле равновесия между нейтральной и протонированной формами. Обнаруженные гало- и термохромные свойства полученных красителей стали основой для разработки водорастворимых сенсоров.

В качестве наноплатформ были выбраны L-α-фосфатидилхолин (PC) и фосфатидилсерин (PS). Красители были инкапсулированы в PC- и PS-агрегаты методом «гидратации тонких пленок». Использование разных платформ позволило получить сенсоры широкого применения: на рН, температуру, ионы металлов и белки.

Смешанные агрегаты краситель-РС продемонстрировали отклик эмиссии на изменение температуры и рН. Анализ спектрального поведения красителей в смешанных везикулярных агрегатах показал, что обнаруженные сенсорные свойства
определяются не только особенностями протонирования красителей, но и рН- и температурно-индуцированной перестройкой супрамолекулярной упаковки фосфолипидов в везикулярных агрегатах, в свою очередь обуславливающей изменения во взаимном расположении красителей и фосфатидилхолина.

Агрегаты краситель-РС, демонстрирующие pH-зависимую эмиссию, оказались перспективными для мониторинга гидролиза ацетилхолина, катализируемого, ацетилхолинэстеразой, благодаря флуоресцентному отклику на протонирование молекул красителя в фосфолипидном бислое агрегатов в процессе гидролиза. Полученные результаты стимулировали изучение возможности применения разработанных систем для обнаружения параоксона. Был установлен нижний предел обнаружения 0,5 нМ при времени инкубации, равном десяти минутам.

На примере линий клеток M−HeLa и Chang Liver была продемонстрирована низкая цитотоксичность агрегатов краситель-PC. Эффективное окрашивание цитоплазмы клеток люминофорами краситель-PC открывает дополнительные возможности для биосенсорных приложений.

Использование платформы на основе отрицательно заряженного PS позволило создать агрегаты, проявляющие отклик на ионы Cu(II). Субстрат-индуцированный люминесцентный отклик в микромолярном диапазоне концентраций в водных растворах наблюдался за счет координации металла на поверхности фосфолипидных бислоев.

Дальнейшие исследования выявили, что агрегаты краситель-PS проявляют флуоресцентный отклик, зависящий от концентрации, на присутствие в растворах анионных белков, таких как бычий сывороточный альбумин (BSA) и пепсин, что позволяет отличить их от лизоцима (LSZ). При этом красители не проявляют отклик в составе PC-агрегатах. Флуоресцентный отклик возникает в результате связывания красителей с молекулами белков. Таким образом, как плохая упорядоченность молекул PS, так и межфазное расположение красителей создают предпосылки для флуоресцентного отклика агрегатов краситель-PS. Структура красителей оказывает ключевое влияние на различия в спектральных характеристиках комплексов краситель-PS и краситель-белков. Для распознавания BSA была выбрана оптимальная структура красителя с LOD 10,8 нМ.

Публикации:
Akhmadeev B., Retyunskaya O., Islamova L., Fazleeva G., Kalinin A., Katsyuba S., Elistratova J., Sinyashin O., Mustafina A. Biomimetic nanoplatforms constructed from dialkylaminostyryl hetarene dyes and phospholipids exhibiting selective fluorescent response to specific proteins // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. – 2024. – Vol. 241. – Art. No. 114046. 10.1016/j.colsurfb.2024.114046. Q1