Аннотация

1. Актуальность исследования.

Авторский коллектив представляет для участия в конкурсе цикл работ, посвященных развитию новых уникальных методов характеризации дисперсных систем, включая биологические, с использованием технологии сканирующей проточной цитометрии. Новые методы анализа дисперсных систем используют принцип измерения одиночных частиц системы, что обеспечивает наиболее полную характеризацию системы. В процессе анализа измеряются сигналы светорассеяния (индикатриса) и флуоресценции (спектр) одиночных частиц. С другой стороны накопленный авторами опыт анализа биологических систем выявил недостаточную информативность статических параметров для тонкой характеризации дисперсной фазы. Например, важные для медицинской диагностики свойства мембраны эритроцитов, не могут быть измерены с помощью такого подхода. Данное обстоятельство заставило авторов перейти к созданию методов, которые позволяют определять динамические параметры клеточной популяций [1].

2. Новизна используемого подхода.

Инструментальной основой технологии является сканирующий проточный цитометр (СПЦ), позволяющий измерять как индикатрисы светорассеяния одиночных частиц с помощью одного фотоприемника в широком диапазоне углов и с высокой чувствительностью, так и спектр флуоресценции в видимой области длин волн. В настоящее время создан прототип лабораторного варианта СПЦ. Новизна подходов была достигнута за счет использования уникального оборудования, оригинальных методов решения обратной задачи светорассеяния и новых математических моделей биологических процессов.

3. Полученные результаты и их значимость.

Теоретической основой характеризации дисперсной фазы по статическим параметрам является решение обратной задачи светорассеяния, то есть определение характеристик частиц по измеренной индикатрисе. Были найдены новые подходы в решении обратной задачи светорассеяния, которые продемонстрировали свои возможности в характеризации полимерных частиц [2 ] и эритроцитов [3 ]. Наиболее существенный результат был получен при характеризации клеток крови [4 ]. Впервые были измерены распределения по размерам основных клеток крови (эритроциты, тромбоциты и трех видов лейкоцитов) с статистической достоверностью и воспроизводимостью. Измерения размеров клеток крови оптическими методами ранее проводилось только с использованием микроскопии. Все результаты, связанные с разработкой технологии сканирующей проточной цитометрии, были систематизированы в монографии [5 ].

Переход к созданию методов, позволяющих характеризовать дисперсную систему по динамическим параметрам, был реализован при создании метода определения параметров образования комплексов антиген-антитело в процессе латексной иммуноагглютинации. Была создана оригинальная математическая модель, которая описывает кинетику появления димеров в данном процессе. Модель использовалась для обработки кинетических кривых появления димеров в растворе полимерных частиц с антителами. В результате были определены константы взаимодействия антигена с антителом и распределение по концентрации антигена на поверхности полимерных частиц [6 ]. Предложенный метод прошел независимую экспериментальную экспертизу в Шведском королевском институте, где были получены результаты, подтверждающие адекватность предложенной математической модели процесса [7 ].
 
 

4. Уровень полученных результатов в сравнении с мировым.

В результате проведенных работ авторами защищены две кандидатских диссертации, на конкурсной основе получено финансирование со стороны РФФИ (инициативный) и СО РАН (интеграционный проект). Руководитель проекта выступал с приглашенными докладами в ряде университетов и научных центров Европы (Университеты г. Бремен, г. Берлин, г. Амстердам, г. Антверпен, INEA Фраскати (Италия), Государственный центр биотехнологии в Брауншвейге (Германия)). В 2004 году участники международной конференции по светорассеянию в г. Бремен предложили провести международную конференцию «Оптика биологических частиц» в Новосибирске. Конференция была успешно проведена с 3 по 6 октября 2005 года. Двум участникам данной работы было предоставлено право выступить с
приглашенными докладами.

1. Semyanov K.A. and Tarasov P.A.
Measurement of mammalian erythrocyte indices fromlight scattering with scanning flow cytometer. // in Diagnostic Optical Spectroscopy in Biomedicine II, Georges A et. al., eds. Proceedings of SPIE. – 2003. - V.5141 - P.106-113.

2. Semyanov K.A., Tarasov P.A., Zharinov A.E., Chernyshev A.V., Hoekstra A.G., and Maltsev V. P.
Single-particle sizing from light scattering by spectral decomposition //Applied Optics 43, 5110 - 5115 (2004)

3. Yurkin M.A., Semyanov K.A., Tarasov P.A., Chernyshev A.V., Hoekstra A.G., Maltsev V.P.
Experimental and theoretical study of light scattering by individual mature red blood cells with scanning flow cytometry and discrete dipole approximation // Applied Optics, 44, 5249-5256 (2005).

4. K.A. Semyanov, A. E. Zharinov, A. G. Hoekstra, and V. P. Maltsev,
“Blood cells sizing with scanning flow cytometer,” Proceedings of 8th Conference on Electromagnetic and Light Scattering by Nonspherical Particle: Theory, Measurement and Applications, Editors: F.Moreno and A.Molina, 16-20 May 2005, Salobrena, Spain, p.289-292.

5. Maltsev V.P. and Semyanov K.A. Characterisation of Bio-Particles from Light Scattering // Inverse and Ill-Posed Problems Series. VSP. Utrecht, Boston (2004), p. 132 (есть в библиотеке ИХКГ СО РАН).

6. I.V.Surovtsev, M.A.Yurkin, A.N.Shvalov, V.M.Nekrasov, G.F.Sivolobova,
A.A.Grazhdantseva, V.P.Maltsev, and A.V.Chernyshev,
“Kinetics of the initial stage of immunoagglutionation studied with the scanning flow cytometer” Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Volume 32, Issue 3, pp. 245-255, 2003

7. Wiklund M., Nord O., Goth?ll R., Chernyshev A.V., Nygren P.-?., Hertz H.M.,
Fluorescence-microscopy-based image analysis for analyte-dependent particle doublet detection in a single-step immunoagglutination assay // Analytical Biochemistry, v. 338, pp. 90-101 (2005).