ВЫСОКИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ КЛЕТОЧНОЙ БИОЛОГИИ:
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИИ КЛЕТОК МЕТОДАМИ ПРОТОЧНОЙ
ЦИТОМЕТРИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВЫХ ПОДХОДОВ В РЕШЕНИИ ОБРАТНОЙ
ЗАДАЧИ СВЕТОРАССЕЯНИЯ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ

Координаторы: д-р хим. наук Петров А. К., д-р биол. наук Груздев А. Д.,
д-р биол. наук Рубцов Н. Б.

Исполнители: ИХКГ, ИЦиГ, ИФП, ИБФ, КТИВТ, КТИПМ, ИВМ СО РАН


Разработан и испытан новый сканирующий проточный цитометр (СПЦ) (рис. 1)  — поляризационный (СПЦп). Две экспериментальные установки поляризационного сканирующего проточного цитометра используются в исследовательской работе по проекту. Установки расположены в Институте цитологии и генетики СО РАН и в Государственном научном центре вирусологии и биотехнологии “Вектор”. Разработанные установки являются уникальными в мире и представляют четвертое поколение анализаторов одиночных частиц по светорассеянию. На мировом рынке данные анализаторы представлены в основном системами второго поколения, для которых характерным является измерение светорассеяния от одиночных частиц в два фиксированных телесных угла. Созданные установки используются при разработке конструкторской документации на прототип СПЦп.

Рис. 1. Оптическая схема сканирующего проточного цитометра.

Fig. 1. Schematic optical layout of the scanning flow cytometer (SFC).

Созданная оригинальная оптическая система СПЦп позволяет проводить прямую идентификацию несферических частиц (рис. 2). На базе СПЦп разработан метод измерения объема, площади поверхности эритроцита и содержания в нем гемоглобина. Метод использовался при изучении формирования характеристик популяции эритроцитов в процессе их созревания. Создана и апробирована кинетическая модель процесса лизиса эритроцитов при воздействии химических агентов. Данная модель позволяет определять распределение биофизических параметров в популяции эритроцитов, в том числе свойств их мембран.

Рис. 2. Сигналы светорассеяния для сферической (а) и несферической (б) частиц. Отличие от нуля поляризационного сигнала (сплошная линия) свидетельствует о несферичности частицы. Штриховая линия - стандартный сигнал.

Fig. 2. Lightscattering signals from spherical (a) and nonspherical (б) particles. High amplitude of polarization signal (solid line) is typical to nonspherical particles. Stroke line - standard signal.

Установки СПЦп использовались при создании и апробации кинетической модели взаимодействия молекул лигандов с рецепторами на поверхности клетки. На основе этой модели разработан метод определения силы специфического взаимодействия лиганда с клеточными рецепторами, сертификации клеточной популяции по количественному распределению рецепторов. Создана и апробирована кинетическая модель латексной иммуноагглютинации. Модель использовалась в исследовании влияния агглютинации высших порядков на кинетику иммуноагглютинации.

Разработан метод идентификации стволовых клеток крови по их светорассеянию.

Работоспособность подхода показана на случае редких событий: 0,4 % стволовых клеток в пуповинной крови. Метод является уникальным, потому что для идентификации стволовых клеток не требуются иммуноспецифические флуоресцентные маркеры.

Получил развитие параметрический метод решения обратной задачи светорассеяния для сферических частиц. С использованием преобразования Фурье получено решение, устойчивое к экспериментальным шумам при измерении сигнала светорассеяния на сканирующем проточном цитометре. Получено решение обратной задачи светорассеяния для одиночных сферических частиц с центрально-симметричным ядром, а также для одиночных частиц в форме вытянутого сфероида. Работоспособность решения продемонстрирована при измерении популяции бактерий кишечной палочки на различных стадиях роста.

Список основных публикаций

  1. Gruzdev A. D. Scanning flowcytometry: Statements and applications// Proceed. of IV ISTC seminar on “Basic science in ISTC activities” Novosibirsk, 2001. p. 343—350.
  2. Maltsev V. P. Inverse scattering problem for individual targets: parametric approach. The First International Conference “Inverse Problems: Modeling and Simulation” (Fethiye—Turkey): Abstracts/ Ed. by S. Cohn, A. Hasanov, S. Kabanikhin, A. Tolstoy. 2002. p. 115—116.
  3. Kochneva G. V., Shvalov A. N., Surovtsev I. V., Maltsev V. P. Experimental verification of parametric solution of inverse light-scattering problem for E. coli cells// Ibid. 2002. p. 106—108.
  4. Shvalov A. N., Surovtsev I. V., Pavlov V. A., Maltsev V. P. Parameters of individual Escherichia coli cells determined from flying light-scattering indicatrix. Proceedings on Electromagnetic and Light Scattering by Nonspherical Particles. B. Gustafson, L. Kolokova, and G. Videen (Eds), 2002. p. 299—301.
  5. Surovtsev I., Shvalov A., Sivolobova G., Yurkin M. Kinetic study of the initial stages of agglutination process with Scanning Flow Cytometer. Manipulation and Analysis of Biomolecules, Cells and Tissues, Photonic West. San Jose Convention Center, San Jose, California, USA. 2003. р. 28—29.
  6. Surovtsev I., Grajdantseva A., Yurkin M. Use of Scanning Flow Cytometry for biodetection via earliest stages of agglutination immunoassay// Chemical Biological Medical Treatment Symposium III, 26 April — 2 May 2002, Spiez, Switzerland.


  Оглавление Далее