Главные конкурентные преимущества и профессиональные компетенции сотрудников ЛОКС лежат в области разработки наногибридных систем для использования в медицинской диагностике и оптоэлектроники. Будучи создана в 2011 году, на основе мега-гранта, полученного профессором Игорем Набиевым в рамках программы привлечения ведущих ученых в Российские учреждения высшего специального образования, группа признана одной из самых успешных «Мега-грантовых» структур, продолжающих эффективное функционирование под руководством своего ведущего ученого.
Сотрудники ЛОКС были первыми Европейскими учеными в области синтеза флуоресцентных меток на базе квантовых точек (КТ) и их применения в медицине [1, 2]. Созданные суспензионные чипы для проточной цитометрии на основе полимерных микросфер, кодированных КТ, а также нанозонды на основе конъюгатов однодоменных антител (одАТ) и КТ позволяют успешно детектировать серологические и гистологические онкомаркеры, например CEA [3,4], HER2 [5], простат-специфический антиген PSA [6], а также проводить многопараметрическую серологическую детекцию онкомаркеров рака легкого [7]. Чувствительность полученных зондов на основе КТ столь высока, что позволяет детектировать отдельные раковые клетки и микрометастазы [8]. Применение процедуры ориентированного конъюгирования одАТ и КТ позволяет создавать ультракомпактные зонды, легко проникающие внутрь опухолевых тканей и позволяющие получать трехмерные изображения [9–11]. Также КТ подходят для использования в тераностических системах, обеспечивая контролируемую доставку лекарственных препаратов в опухолевые ткани [12–14].

Среди основных научных результатов сотрудников ЛОКС последних лет, следует отметить следующие:

1. Создана, запатентована и описана уникальная установка для реализации режима сильной связи свет — вещество для широкого класса соединений, включая биологические молекулы и комплексы:
НАБИЕВ, И.Р., Мочалов, К.Е., Ракович, Ю.П., СОКОЛОВ, П.М., Довженко, Д.С., Мезин, А.В. Способ модификации свойств молекул образца и устройство для его осуществления. Изобретение. Патент РФ № 2666853. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 12.09.2018.
Mochalov, K.E., Vaskan, I.S., Dovzhenko, D.S., Rakovich, Yu.P., NABIEV, I.R. (2018) A versatile tunable microcavity for investigation of light–matter interaction. Review of Scientific Instruments. 89, 053105

2. Высокая токсичность наночастиц для живущих организмов является фактором, ограничивающим их применения in vivo. Сотрудниками ЛОКС систематизированы и проанализированы механизмы токсичности наночастиц для живущих систем и сделаны выводы о том какие физические и химические свойства наночастиц оказывают наибольшее влияние на их токсичность.
Статья, описывающая эти результаты, процитирована более 820 раз.
SUKHANOVA, A., Bozrova, S., SOKOLOV P., Berestovoy, M., Karaulov, A., NABIEV, I. (2018) Dependence of Nanoparticle Toxicity on Their Physical and Chemical Properties. Nanoscale Research Letters, 13, 44 (2018). Импакт-фактор (ИФ) = 5.418. Q1. DOI: 10.1186/s11671-018-2457-x

3. Создана солнечная ячейка на основе гибридного материала квантовые точки – бактериородопсин и продемонстрирована возможность значительного усиления эффективности преобразования солнечной энергии за счет использования квантовых точек при двухфотонном возбуждении.
Biosensors and Bioelectronics, 137, 117–122 (2019). ИФ = 10.618. DOI: 10.1016/j.bios.2019.05.009

4. Описаны возможные применения эффекта индуцированной прозрачности в гибридных плазмонно-экситонных структурах для приложений сенсинга.
Laser & Photonics Reviews, 13, 1800176 (2018). ИФ = 13.138. DOI: 10.1002/lpor.201800176.

5. Обнаружен и охарактеризован эффект двойного расщепления Раби в системе с сильной связью свет – вещество на основе наностержней Au/Ag ядро/оболочка и J-аггрегатов нескольких флуорофоров.
The Journal of Physical Chemistry Letters, 10, 6137–6143 (2019). ИФ = 6.888. DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b01988

6. Впервые продемонстрировано усиление испускания биэкситонов в результате дальнодействующего взаимодействия единичных квантовых точек и золотых наностержней в тонко-пленочных гибридных наноструктурах.
The Journal of Physical Chemistry Letters, 10, 481–486 (2019). ИФ = 6.888. DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b03549

7. Описаны возможные конфигурации систем, условия реализации и возможные применения эффекта взаимодействия света и вещества в режиме сильной связи.
Nanoscale, 10, 3589–3605 (2018). ИФ = 8.307. DOI: 10.1039/C7NR06917K

8. Продемонстрирована возможность создания микрокапсул, кодированных флуоресцентными и магнитными нанокристаллами, с контролируемым переносом энергии на окружающие полимеры, что обеспечивает подавление «»мерцания»» флуоресценции капсул и расширяет их использование в качестве средств доставки лекарств.
ACS Applied Materials and Interfaces, 12 (32), 35882-35894 (2020). IF=10.383. DOI: 10.1021/acsami.0c08715

9. Создан и описан прибор, позволяющий проводить многопараметрическую детекцию множественных онкомаркеров путем регистрации изменений поверхностных мод фотонных кристаллов, а также продемонстрированы его применения.
Scientific Reports, 9, 8745 (2019). DOI: 10.1038/s41598-019-45166-3

10. Продемонстрирована возможность определения активности фермента DNA-PKcs киназы с помощью микрочипа, основанного на квантовых точках.
Scientific Reports, 8, 10968 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-29256-2

11. Впервые показана возможность визуализации микрометастаз человека и рассеянных раковых клеток в одно-фотонном и двух-фотонном режимах, с использованием конъюгатов нано-тел и квантовых точек.
Scientific Reports, 8, 4595 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-22973-8

12. Описаны (1) основные принципы создания многослойных капсул – систем доставки лекарств — специфичных к раковым клеткам, (2) проанализированы эффекты взаимодействий капсул с клеточными и молекулярными компонентами биологических жидкостей, а также (3) представлены ключевые структурные параметры, определяющие эффективность направленного действия капсул на раковые клетки. Сформулированы фундаментальные структурные и функциональные принципы, определяющие будущие направления развития тераностических систем на основе многослойных капсул.
Biomaterials Science, 7, 44668 (2022). https://doi.org/10.1039/D2BM00829G ИФ = 7.59. DOI: 10.1039/D2BM00829G

13. Разработан метод определения одно-экситонного двух-фотонного поперечного сечения поглощения полупроводниковых нанокристаллов путем измерения насыщения их фотолюминесценции при двухфотонном возбуждении.
ACS Photonics, 7 (3), p. 831-836. IF=7.529. DOI: 10.1021/acsphotonics.9b01820

14. Получен патент на полезную модель проточной ячейки для проведения химических реакций в режиме сильной связи: СОКОЛОВ П.М., Довженко Д.С., САМОХВАЛОВ П.С., НАБИЕВ И.Р. Проточная ячейка для проведения химических реакций. Полезная модель. Заявка на патент № 2019133026/28. Дата подачи: 18.10.2019. Дата решения о выдаче патента: 27.11.2019.

15. Зарегистрирован патент на набор для дифференциальной диагностики заболеваний : НАБИЕВ И.Р., СУХАНОВА А.В., Ткачук А.П., СОКОЛОВ П.М. Набор для дифференциальной диагностики заболеваний. Изобретение. Патент РФ № 2701742. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 01.10.2019. https://findpatent.ru/patent/270/2701742.html

Основным проектом, реализуемым в настоящее время лабораторией ЛОКС в ЛИФТ-Центре, является проект Q-LIGHT, который должен обеспечить синергию использования инновационных флуоресцентные нанозондов для детекции онкомаркеров рака легкого и рака молочной железы с детекторами излучения, оптимизированными для работы с создаваемыми нанозондами, что приведет к созданию интегральных диагностических систем на основе оптических квантовых биосенсоров, обеспечивающих как минимум на порядок большую чувствительность молекулярной диагностики рака легкого и рака молочной железы, по сравнению с лучшими существующими системами оптической диагностики.

ССЫЛКИ

1. SUKHANOVA A., Venteo, L., Devy, J., Artemyev, M., Oleinikov, V., Pluot, M., NABIEV, I. (2002) Highly stable fluorescent nanocrystals as a novel class of labels for immunohistochemical analysis of paraffin-embedded tissue sections. Laboratory Investigation, 82, 1259-1262.

2. SUKHANOVA, A., Devy, J., Venteo, L., Kaplan, H., Artemyev, A., Oleinikov, V., Klinov, D., Pluot, M., Cohen, J.H.M., NABIEV, I. (2004) Biocompatible fluorescent nanocrystals for immunolabeling of membrane proteins and cells. Analytical Biochemistry, 324, 60-67.

3. SUKANOVA A. et al. Oriented conjugates single-domain antibodies and quantum dots: Toward new generation of ultra-small diagnostic nanoprobes // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2012, Vol. 8, P. 516-525.

4. Rakovich T. Y. et al. Highly sensitive single domain antibody-quantum dot conjugates for detection of low expression levels of HER2 biomarker in lung and breast cancer cells // ACS Nano. 2014, Vol. 8, P. 5682-5695.

5. Brazhnik K. et al. Quantum dot-based lab-on-a-bead system for multiplexed detection of free and total prostate-specifi c antigens in clinical human serum samples // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. 2015, Vol. 11, P. 1065-1075.

6. Bilan R. et al. Quantum-dot-based suspension microarray for multiplex detection of lung cancer markers: preclinical validation and comparison with the Luminex xMAP® system // Scientific Reports. 2017, Vol. 7, 44668.

7. Ramos-Gomes F. et al. Single-and two-photon imaging of human micrometastases and disseminated tumour cells with conjugates of nanobodies and quantum dots // Scientific Reports. 2018, Vol. 8, 4595.

8. Brazhnik K., Nabiev I., Sukhanova A. Oriented conjugation of single-domain antibodies and quantum dots // Quantum Dots: Applications in Biology. Humana Press, New York, NY, 2014, P. 129-140.

9. Brazhnik K., Nabiev I., Sukhanova A. Advanced procedure for oriented conjugation of full-size antibodies with quantum dots // Quantum Dots: Applications in Biology. Humana Press, New York, NY, 2014, P. 55-66.

10. Mochalov K. E. et al. An instrumental approach to combining confocal microspectroscopy and 3D scanning probe nanotomography // Ultramicroscopy. 2017, Vol. 182, P. 118-123.

11. Nifontova G. et al. Nanoparticle-doped hybrid polyelectrolyte microcapsules with controlled photoluminescence for potential bioimaging applications // Polymers. 2021, Vol. 13, No. 23, 4076.

12. Nifontova G. et al. Cancer cell targeting with functionalized quantum dot-encoded polyelectrolyte microcapsules // Frontiers in Chemistry. 2019, Vol. 7, 34.

13. Nifontova G. et al. Bioimaging tools based on polyelectrolyte microcapsules encoded with fluorescent semiconductor nanoparticles: Design and characterization of the fluorescent properties // Nanoscale Research Letters. 2019, Vol. 14, 29.

14. Nifontova G. et al. Next-generation theranostic agents based on polyelectrolyte microcapsules encoded with semiconductor nanocrystals: development and functional characterization // Nanoscale Research Letters. 2018, Vol. 13, 30.