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

Направления исследований

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

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

Методы фундаментальных исследований:

• математическое моделирование процессов формирования иммунных комплексов разного состава и валентности;
• оригинальные алгоритмы цифровой обработки изображений для количественной характеристики взаимодействий на мембранных носителях;
• характеристика состава иммунных комплексов методами динамического светорассеяния, фракционирования в проточном потоке, просвечивающей электронной и атомно-силовой микроскопии;
• количественная характеристика иммунохимических взаимодействий с использованием регистрации поверхностного плазмонного резонанса (биосенсорная система Biacore), атомно-силовой спектроскопии.

Методы получения специфических реагентов:

• получение, стабилизация и характеристика коллоидных носителей для иммунохроматографии;
• получение и характеристика состава и реакционной способности межмолекулярных конъюгатов белковых носителей и производных антигенов;
• конъюгирование иммунореагентов с водорастворимыми полимерными носителями;
• получение липосомных антигенных препаратов.

Иммуноаналитические системы:

• планшетный экспрессный анализ с ферментными и флуоресцентными маркерами;
• поляризационный иммунофлуоресцентный анализ;
• количественный мембранный (иммунофильтрационный и иммунохроматографический) анализ с фото- и флуориметрической детекцией.

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

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

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

Разрабатываются модели процессов формирования иммунных комплексов.

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

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

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

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

В результате выполненных в лаборатории исследований:

• Проведен анализ влияния поверхностной плотности антигенных детерминант на образование моно- и бивалентных комплексов с антителами и изменение эффективной константы связывания.
• Изучена зависимость между составом конъюгатов гаптен-носитель и параметрами их взаимодействия с антителами.
• Разработана экспериментальная модель поливалентных антигенов с использованием униламеллярных липосом и конъюгатов гаптен-липид, позволяющая варьировать состав антигена, скорость латеральной диффузии и кластеризации детерминант.
• Описан эффект антитело-ассистированного рефолдинга белковых антигенов.
• На модели взаимодействия антител с пестицидами (триазины, арил- и сульфонилмочевины, пиретроиды) и их метаболитами определены факторы, влияющие на специфичность иммунохимической реакции.
• Изучен процесс иммобилизации антител на наночастицах золота. Установлена взаимосвязь между степенью заполнения антителами поверхности наночастицы и константой связывания при взаимодействии иммобилизованных антител с поливалентным антигеном.
• С использованием подходов атомно-силовой микроскопии разработаны методики количественной характеристики единичных взаимодействий антиген-антитело и тестирования степени поверхностной модификации наночастиц.
• Получены поли- и моноклональные антитела против фуллерена. Охарактеризованы закономерности распознавания антителами структурно вырожденных углеродных наночастиц.
• Разработаны новые методы иммунохимического экспресс-анализа на основе линейных водорастворимых полиэлектролитов.
• Разработаны методики проведения мультипараметрического иммунохроматографического анализа с использованием двумерного массива точек связывания, обеспечивающие повышение производительности и информативности определения в десятки раз.
• Разработаны иммунохимические методы внелабораторного экспресс-анализа с визуальной и приборной регистрацией для медицинской диагностики, мониторинга состояния окружающей среды и контроля качества продуктов питания.
• Разработаны иммунохроматографические тест-системы с использованием наночастиц коллоидного золота и флуоресцентных нанодисперсных маркеров (квантовых точек) для определения пестицидов, микотоксинов, лекарственных соединений, вирусов растений, патогенных микроорганизмов и др.
• Совместно с ООО «Инновационные биотехнологии», ООО «РЭД», ООО «Академические инновации» организовано производство иммунохроматографических тестов. Разработка удостоена Премии правительства РФ 2010 года в области науки и техники.
• В рамках Федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии» осуществлена разработка и апробация комплекса методов для оценки биологического действия и безопасности техногенных наночастиц и продукции наноиндустрии. Изучены локализация наночастиц в организмах животных при разных режимах экспозиции, влияние наночастиц на биохимические параметры организма. 36 методических указаний и методических рекомендаций по нанобиобезопасности, подготовленных при участии сотрудников лаборатории, утверждены Роспотребнадзором.

Перспективы исследований:

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

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1.  Byzova N.A., Zvereva E.A., Zherdev A.V., Eremin S.A., Dzantiev B.B. Rapid pretreatment-free immunochromatographic assay of chloramphenicol in milk. — Talanta. 2010, v. 81, N 3, p. 838-848 (DOI: 10.1016/j.talanta.2010.01.025)
2. Sakharov I.Yu., Berlina A.N., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Advantages of soybean peroxidase over horseradish peroxidase as the enzyme label in chemiluminescent ELISA of sulfamethoxypyridazine. — Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2010, v. 58, N 6, p. 3284-3289 (DOI: 10.1021/jf904338f)
3. Byzova N.A., Zvereva E.A., Zherdev A.V., Eremin S.A., Sveshnikov P.G., Dzantiev B.B. Pretreatment-free immunochromatographic assay for the detection of streptomycin and its application to the control of milk and dairy products. — Analytica Chimica Acta, 2011, v. 701, N 2, p. 209-217 (DOI: 10.1016/j.aca.2011.06.001)
4. Hendrickson O.D., Fedyunina N.S., Martianov A.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Production of anti-fullerene C60 polyclonal antibodies and study of their interaction with a conjugated form of fullerene. — Journal of Nanoparticle Research. 2011, v. 13, N 9, p. 3713-3719 (DOI: 10.1007/s11051-011-0292-4)
5. Urusov A.E., Kostenko S.N., Sveshnikov P.G., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Ochratoxin A immunoassay with surface plasmon resonance registration: Lowering limit of detection by the use of colloidal gold immunoconjugates. — Sensors and Actuators B: Chemical, 2011, v. 156, N 1, p. 343-349 (DOI: 10.1016/j.snb.2011.04.044)
6. Hendrickson O., Fedyunina N., Zherdev A., Solopova O., Sveshnikov P., Dzantiev B. Production of monoclonal antibodies against fullerene C60 and development of a fullerene enzyme immunoassay. — Analyst, 2012, v. 137, N 1, p. 98-105 (DOI: 10.1039/c1an15745k)
7. Berlina A.N., Taranova N.A., Zherdev A.V., Vengerov Y.Y., Dzantiev B.B. Quantum dot-based lateral flow immunoassay for detection of chloramphenicol in milk. — Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2013, v. 405, N 14, p. 4997-5000 (DOI: 10.1007/s00216-013-6876-3)
8. Taranova N.A., Byzova N.A., Zaiko V.V., Starovoitova T.A., Vengerov Yu.Yu., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Integration of lateral flow and microarray technologies for multiplex immunoassay: application to the determination of drugs. — Microchimica Acta, 2013. v. 180, N 11-12, p. 1165-1172 (DOI: 10.1007/s00604-013-1043-2)
9. Byzova N.A., Smirnova N.I., Zherdev A.V., Eremin S.A., Shanin I.A., Lei H., Sun Y., Dzantiev B.B. Rapid immunochromatographic assay for ofloxacin in animal original foodstuffs using native antisera labeled by colloidal gold. – Talanta. 2014, v. 119, p. 125-132 (DOI: 10.1016/j.talanta.2013.10.054)
10. Dzantiev B.B., Byzova N.A., Urusov A.E., Zherdev A.V. Immunochromatographic methods in food analysis. — Trends in Analytical Chemistry, 2014, v. 55, p. 81-93 (DOI: 10.1016/j.trac.2013.11.007)
11. Urusov A.E., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Use of gold nanoparticle-labeled secondary antibodies to improve the sensitivity of an immunochromatographic assay for aflatoxin B1. – Microchimica Acta, 2014, v. 181, N 15-16, p. 1939-1946 (DOI: 10.1007/s00604-014-1288-4)
12. Berlina A.N., Sharma A.K., Zherdev A.V., Gaur M.S., Dzantiev B.B. Development of colorimetric nanosensor for detection of lead cations in water samples. — Analytical Letters, 2015, v. 48, N 5, p. 766-782 (DOI: 10.1080/00032719.2014.961641)
13. Sotnikov D.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Development and application of a label-free fluorescence method for determining the composition of gold nanoparticle–protein conjugates. — International Journal of Molecular Sciences, 2015, v. 16, N 1, p. 907-923 (DOI: 10.3390/ijms16010907)
14. Taranova N.A., Berlina A.N., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. «Traffic light” immunochromatographic test based on multicolor quantum dots for simultaneous detection of several antibiotics in milk. — Biosensors and Bioelectronics, 2015, v. 63, p. 255-261 (DOI: 10.1016/j.bios.2014.07.049)
15. Zvereva E.A., Byzova N.A., Sveshnikov P.G., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Cut-off on demand: An approach for adjusting the threshold of an immunochromatographic assay for chloramphenicol. — Analytical Methods. 2015, v. 7, p. 6378-6384 (DOI.: 10.1039/C5AY00835B)
16. Zvereva E.A., Kovalev L.I., Ivanov A.V., Kovaleva M.A., Zherdev A.V., Shishkin S.S., Lisitsyn A.B., Chernukha I.M., Dzantiev B.B. Enzyme immunoassay and proteomic characterization of troponin I as a marker of mammalian muscle compounds in raw meat and some meat products. — Meat Science, 2015, v. 105, p. 46-52 (DOI: 10.1016/j.meatsci.2015.03.001)
17. Beloborodov S.S., Panferov V.G., Safenkova I.V.. Krylova S.M., Dzantiev B.B., Krylov S.N. Unexpectedly-high electrophoretic mobility of complexes between rod-like virions and bivalent antibodies. – Analytical Chemistry, 2016, v. 88, N 23, p. 11908-11912 (DOI: 10.1021/acs.analchem.6b03779)
18. Hendrickson O.D., Klochkov S.G., Novikova O.V., Bravova I.M., Shevtsova E.F., Safenkova I.V., Zherdev A.V., Bachurin S.O., Dzantiev B.B. Toxicity of nanosilver in intragastrical studies: Biodistribution and metabolic effects. — Toxicology Letters. 2016, v. 241, p. 184-192 (DOI: 10.1016/j.toxlet.2015.11.018)
19. Hendrickson O.D., Smirnova N.I., Zherdev A.V., Sveshnikov P.G., Dzantiev B.B.  Competitive photometric enzyme immunoassay for fullerene C60 and its derivatives using a fullerene conjugated to horseradish peroxidase. – Microchimica Acta, 2016, v. 183, iss. 1, p. 211-217 (DOI: 10.1007/s00604-015-1621-6)
20. Panferov V.G., Safenkova I.V., Varitsev Y.A, Drenova N.V, Kornev K.P., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Development of the sensitive lateral flow immunoassay with silver enhancement for the detection of Ralstonia solanacearum in potato tubers. — Talanta. 2016, v. 152, p. 521-530 (DOI: 10.1016/j.talanta.2016.02.050)
21. Urusov A.E., Petrakova A.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. «Multistage in one touch» design with a universal labelling conjugate for high-sensitive lateral flow immunoassays. – Biosensors and Bioelectronics, 2016, v. 86, p. 575-579 (DOI: 10.1016/j.bios.2016.07.027)
22. Byzova N.A., Zherdev A.V., Vengerov Yu.Yu., Starovoitova T.A., Dzantiev B.B. A triple immunochromatographic test for simultaneous determination of cardiac troponin I, fatty acid binding protein, and C-reactive protein biomarkers. – Microchimica Acta, 2017, v. 184, N 2, p. 463-471 (DOI: 10.1007/s00604-016-2022-1)
23. Samohvalov A.V., Safenkova I.V., Eremin S.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Use of anchor protein modules in fluorescence polarisation aptamer assay for ochratoxin A determination. – Analytica Chimica Acta, 2017, v. 962, p. 80-87 (DOI: 10.1016/j.aca.2017.01.024)
24. Sotnikov D.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Mathematical model of serodiagnostic immunochromatographic assay. – Analytical Chemistry, 2017, v. 89, N 8, p. 4419-4427 (DOI: 10.1021/acs.analchem.6b03635)
25. Taranova N.A., Urusov A.E., Sadykhov E.G., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Bifunctional gold nanoparticles as agglomeration enhancing tool for high sensitive lateral flow test: a case study with procalcitonin. – Microchimica Acta, 2017, v. 184, N 10, p. 4189-4195 (DOI: 10.1007/s00604-017-2355-4)
26. Panferov V.G., Safenkova I.V., Varitsev Y.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Enhancement of lateral flow immunoassay by alkaline phosphatase: a simple and highly sensitive test for potato virus X. – Microchimica Acta, 2018, v. 185, N 1, article 25 (DOI: 10.1007/s00604-017-2595-3)
27. Razo S.C., Panferov V.G., Safenkova I.V., Varitsev Yu.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Double-enhanced lateral flow immunoassay for potato virus X based on a combination of magnetic and gold nanoparticles. – Analytica Chimica Acta, 2018, v. 1007, p. 50-60 (DOI: 10.1016/j.aca.2017.12.023)
28. Samokhvalov A.V., Safenkova I.V., Eremin S.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Measurement of (aptamer – small target) KD using the competition between fluorescently labeled and unlabeled target and the detection of fluorescence anisotropy. – Analytical Chemistry, 2018, v. 90, N 15, p. 9189-9198 (DOI: 10.1021/acs.analchem.8b01699)
29. Urusov A.E., Gubaydullina M.K., Petrakova A.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. A new kind of highly sensitive competitive lateral flow immunoassay displaying direct analyte-signal dependence. Application to the determination of the mycotoxin deoxynivalenol. – Microchimica Acta, 2018, v. 185, N 1, article 29 (DOI: 10.1007/s00604-017-2576-6)
30. Berlina A.N., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Progress in rapid optical assays for heavy metal ions based on the use of nanoparticles and receptor molecules. – Microchimica Acta, 2019, v. 186, N 3, article 172 (DOI: 10.1007/s00604-018-3168-9)
31. Khlebtsov B.N., Bratashov D.N., Byzova N.A., Dzantiev B.B., Khlebtsov N.G. SERS-based lateral flow immunoassay of troponin I using gap-enhanced Raman tags. – Nano Research, 2019, v. 12, N 2, p. 413–420 (DOI: 10.1007/s12274-018-2232-4)
32. Buglak A.A., Shanin I.A., Eremin S.A., Lei H., Li X., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Ciprofloxacin and clinafloxacin antibodies for an immunoassay of quinolones: Quantitative structure-activity analysis of cross-reactivities. – International Journal of Molecular Sciences. 2019, v. 20, N 2, art. 265 (DOI: 10.3390/ijms20020265)
33. Safenkova I.V., Panferova N.A., Panferov V.G., Varitsev Y.A., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Alarm lateral flow immunoassay for detection of the total infection caused by the five viruses. – Talanta, 2019, v. 195, p. 739-744 (DOI: 10.1016/j.talanta.2018.12.004)
34. Sotnikov D.V., Berlina A.N., Ivanov V.S., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Adsorption of proteins on gold nanoparticles: One or more layers? – Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2019, v. 173, p. 557-563 (DOI: 10.1016/j.colsurfb.2018.10.025)

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

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