Preview

Сибирский онкологический журнал

Расширенный поиск

ВОЗМОЖНОСТИ ЭЛЛИПСОМЕТРИИ, РАМАН-СПЕКТРОСКОПИИ, КНИ-НАНОПРОВОЛОЧНОГО БИОСЕНСОРА В ДИАГНОСТИКЕ КОЛОРЕКТАЛЬНОГО РАКА

https://doi.org/10.21294/1814-4861-2017-16-4-32-41

Полный текст:

Аннотация

С помощью спектральной эллипсометрии вблизи условий наблюдения поверхностного плазмонного резонанса (ППР) экспериментально установлены различия констант скоростей специфических взаимодействий опухолевой М2-пируваткиназы (Tumor M2-PK) сыворотки крови (СК) пациентов с колоректальным раком (КРР) разных стадий и с различной локализацией метастазов с высокоспецифичными моноклональными антителами, нанесенными слоями на поверхности биочипов (AUC 0,89). Методом сканирующей эллипсометрии обнаружено значимое увеличение эффективной толщины покрытия биомолекул в результате специфического взаимодействия «антиген–антитело» в группе пациентов с вне- и печеночными метастазами по сравнению с группой здоровых лиц (p<0,001–0,042). Специфичность взаимодействия подтверждена методом флуоресцентной оптической спектрометрии. В спектрах комбинационного рассеяния света (Raman) образцов СК выявлены различия в интенсивности пиков в области 1005–1520 см-1 в тех же группах пациентов (p<0,0001–0,05), с предсказательной точностью метода 90 % для ранних стадий развития заболевания. Проведены пилотные эксперименты с КНИ (кремний на изоляторе) – нанопроволочным биосенсором для индикации специфических белков (на примере Tumor M2-PK), – которые продемонстрировали высокую чувствительность (10-13–10-15 М) и специфичность в определении антигенов в образцах СК пациентов с КРР. Полученные результаты перспективны для разработки методов ранней диагностики КРР, выявления метастазов различных локализаций и рецидивов заболевания.

Об авторах

М. В. Кручинина
ФГБУН «Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины» – филиал ИЦиГ СО РАН; ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт метрологии».
Россия

Кручинина Маргарита Витальевна - доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины».

630089, г. Новосибирск, ул. Б. Богаткова, 175/1.



Я. В. Прудникова
ФГБУН «Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины» – филиал ИЦиГ СО РАН.
Россия

Прудникова Яна Игоревна - аспирант, ФГБУН «Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины».

630089, г. Новосибирск, ул. Б. Богаткова, 175/1.



С. А. Курилович
ФГБУН «Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины» – филиал ИЦиГ СО РАН.
Россия

Курилович Светлана Арсентьевна - доктор медицинских наук, заведующая лабораторией, ФГБУН «Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины».

630089, г. Новосибирск, ул. Б. Богаткова, 175/1.



А. А. Громов
ФГБУН «Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины» – филиал ИЦиГ СО РАН.
Россия

Громов Андрей Александрович - кандидат медицинских наук, заведующий лабораторией, ФГБНУ «Научно-исследовательский
институт терапии и профилактической медицины».

630089, г. Новосибирск, ул. Б. Богаткова, 175/1.


В. Н. Кручинин
ФГБУН «Институт физики полупроводников» СО РАН.
Россия

Кручинин Владимир Николаевич - кандидат химических наук, старший научный сотрудник, ФГБУН «Институт физики полупроводников» СО РАН.

630090, г. Новосибирск, пp. Академика Лавpентьева, 13.



В. В. Атучин
ФГБУН «Институт физики полупроводников» СО РАН; Новосибирский государственный университет.
Россия

Атучин Виктор Валерьевич - кандидат физико-математических наук, заведующий лабараторией, ФГБУН «Институт физики полупроводников» СО РАН.

630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова,2.


О. В. Наумова
ФГБУН «Институт физики полупроводников» СО РАН.
Россия

Наумова Ольга Викторовна - доктор физико-математических наук, заведущая лабораторией, ФГБУН «Институт физики полупроводников» СО РАН.

630090, г. Новосибирск, пp. Академика Лавpентьева, 13.



Е. В. Спесивцев
ФГБУН «Институт физики полупроводников» СО РАН.
Россия

Спесивцев Евгений Васильевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ФГБУН «Институт физики полупроводников» СО РАН.

630090, г. Новосибирск, пp. Академика Лавpентьева, 13.



В. А. Володин
ФГБУН «Институт физики полупроводников» СО РАН.
Россия

Володин Владимир Алексеевич - доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, ФГБУН «Институт физики полупроводников» СО РАН.

630090, г. Новосибирск, пp. Академика Лавpентьева, 13.



С. Е. Пельтек
ФГБУН «Институт цитологии и генетики» СО РАН.
Россия

Пельтек Сергей Евгеньевич - кандидат биологических наук, заведующий лабораторией, Институт цитологии и генетики СО РАН.

630090, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 10.



Г. В. Шувалов
ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт метрологии».
Россия

Шувалов Геннадий Владимирович - кандидат технических наук, директор института, ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт метрологии».

630004, г. Новосибирск-4, пр. Димитрова, 4.


В. М. Генералов
ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор».
Россия

Генералов Владимир Михайлович, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор»».

630559, Новосибирская область, р.п. Кольцово.



Список литературы

1. Jemal A., Siegel R., Ward E., Hao Y., Xu J., Thun M.J. Cancer statistics, 2009. CA Cancer J Clin. 2009 Jul‑Aug; 59 (4): 225–49. doi: 10.3322/caac.20006.

2. Cai S.R., Zhang S.Z., Zhu H.H., Huang Y.Q., Li Q.R., Ma X.Y., Yao K.Y., Zheng S. Performance of a colorectal cancer screening protocol in an economically and medically underserved population. Cancer Prev Res (Phila). 2011 Oct; 4 (10): 1572–9. doi: 10.1158/1940-6207.CAPR-10-0377.

3. Pawlik T.M., Scoggins C.R., Zorzi D., Abdalla E.K., Andres A., Eng C., Curley S.A., Loyer E.M., Muratore A., Mentha G., Capussotti L., Vauthey J.N. Effect of surgical margin status on survival and site of recurrence after hepatic resection for colorectal metastases. Ann Surg. 2005; 241: 715–22. doi: 10.1097/01.sla.0000160703.75808.7d.

4. Meyerhardt J.A., Mangu P.B., Flynn P.J., Corde L., Loprinzi C.L., Minsky B.D., Petrelli N.J., Ryan K., Schrag D.H., Wong S.L., Benson A.B. Follow-Up Care, Surveillance Protocol, and Secondary Prevention Measures for Survivors of Colorectal Cancer: American Society of Clinical Oncology Clinical Practice Guideline Endorsement. J Clin Oncol. 2013 Dec 10; 31 (35): 4465–70. doi: 10.1200/JCO.2013.50.7442.

5. Bathe O.F., Ernst S., Sutherland F.R., Dixon E., Butts C., Bigam D., Holland D., Porter G.A., Koppel J., Dowden S. A phase II experience with neoadjuvant irinotecan (CPT-11), 5-fluorouracil (5-FU) and leucovorin (LV) for colorectal liver metastases. BMC Cancer. 2009; 9: 156–67. doi:10.1186/1471-2407-9-156.

6. Pawlik T.M., Schulick R.D., Choti M.A. Expanding criteria for resectability of colorectal liver metastases. Oncologist. 2008; 13: 51–64. doi: 10.1634/theoncologist.2007-0142.

7. Shah S.A., Bromberg R., Coates A., Rempel E., Simunovic M., Gallinger S. Survival after liver resection for metastatic colorectal carcinoma in a large population. J Am Coll Surg. 2007; 205: 676–83. doi: 10.1016/j.jamcollsurg.2007.06.283.

8. Wild N., Andres H., Rollinger W., Krause F., Dilba P., Tacke M., Karl J. A combination of serum markers for the early detection of colorectal cancer. Clin Cancer Res. 2010; 16: 6111–21. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-10-0119.

9. Shastri Y.M., Stein J.M. Faecal tumour pyruvate kinase M2: not a good marker for the detection of colorectal adenomas. Br J Cancer. 2008 Sep 30; 99: 1366, author reply 1367. doi: 10.1038/sj.bjc.6604656.

10. Jonkheijm P., Weinrich D., Schroder H., Niemeyer C.M., Waldmann H. Chemical Strategies for Generating Protein Biochips. Angew Chem Int Ed Engl. 2008; 47: 9618–47. doi: 10.1002/anie.200801711.

11. Рыхлицкий С.В., Кручинин В.Н., Швец В.А., Спесивцев Е.В., Прокопьев В.Ю. Спектральный плазмон-эллипсометрический комплекс «Эллипс-СПЭК». Приборы и техника эксперимента. 2013; 1: 137–138. doi: 10.7868/S0032816212060092.

12. Спесивцев Е.В., Рыхлицкий С.В., Назаров Н.И. Автоматический сканирующий микроэллипсометр. Автометрия. 1997; 1: 100–5.

13. Власов В.В., Синяков А.Н., Пышный Д.В., Рыхлицкий С.В., Кручинин В.Н., Спесивцев Е.В., Пышная И.А., Костина Е.В., Дмитриенко Е.Д., Бессмельцев В.П. Эллипсометрический мониторинг в микрочиповых label-free биотехнологиях. Автометрия. 2011; 47 (5): 67–7

14. Dmitrienko E., Naumova O., Fomin B., Kupryushkin M., Volkova A., Amirkhanov N., Semenov D., Pyshnaya I., Pyshnyi D. Surface modification of SOI-FET sensors for label-free and specific detection of short RNA analyte. Nanomedicine. 2016; 11 (16): 2073–2082.

15. Иванов Ю.Д., Плешакова Т.О., Козлов А.Ф., Мальсагова К.А., Крохин Н.В., Кайшева А.Л., Шумов И.Д., Попов В.П., Наумова О.В., Фомин Б.И., Насимов Д.А., Асеев А.Л., Арчаков А.И. КНИ-нанопроволочный транзистор для детекции молекул D-NFATc1. Автометрия. 2013; 49 (5): 119–126.

16. Naumova O.V., Popov V.P., Safronov L.N., Fomin B.I., Nasimov D.A., Latyshev A.V., Aseev A.L., Ivanov Yu.D., Archakov A.I. Ultra-Thin SOI Layer Nanostructuring and Nanowire Transistor Formation for Femto-Mole Electronic Biosensors. ECS Transactions. 2009; 25 (10): 83–87. doi: 10.1149/1.3241580.

17. Demir A.S., Erdenen F., Muderrisoglu C., Toros A.B., Bektas H., Gelisgen R., Tabak O., Altunoglu E., Uzun H., Erdem Huq G., Aral H. Diagnostic and prognostic value of tumor M2-pyruvate kinase levels in patients with colorectal cancer. Turk J Gastroenterol. 2013; 24(1): 36–42. doi: 10.4318/tjg.2013.0607.

18. Meng W., Zhu H.H., Xu Z.F., Cai S.R., Dong Q., Pan Q.R., Zheng S., Zhang S.Z. Serum M2-pyruvate kinase: A promising non-invasive biomarker for colorectal cancer mass screening. World J Gastrointest Oncol. 2012 June 15; 4 (6): 145–51. doi: 10.4251/wjgo.v4.i6.145.

19. Tonus C., Neupert G., Sellinger M. Colorectal cancer screening by non-invasive metabolic biomarker fecal tumor M2-PK. World J. Gastroenterol. 2006; 12 (43): 7007–11. doi: 10.3748/wjg.v12.i43.7007.

20. Kaura B., Bagga R., Patel F.D. Evaluation of the Pyruvate Kinase isoenzyme tumor (Tu M2-PK) as a tumor marker for cervical carcinoma. J Obstet Gynaecol Res. 2004; 30 (3): 193–96. doi: 10.1111/j.1447-0756.2004.00187.x.

21. Mazurek S., Boschek C.B., Hugo F., Eigenbrodt E. Pyruvate kinase type M2 and its role in tumor growth and spreading. Semin Cancer Biol. 2005; 15: 300–8. doi: 10.1016/j.semcancer.2005.04.009.

22. Christofk H.R., Vander Heiden M.G., Harris M.H., Ramanathan A., Gerszten R.E., Wei R., Fleming M.D., Schreiber S.L., Cantley L.C. The M2 splice isoform of pyruvate kinase is important for cancer metabolism and tumour growth. Nature. 2008; 452: 230–33. doi: 10.1038/nature06734.

23. Walkowiak J., Banasiewicz T., Krokowicz P., Hansdorfer-Korzon R., Drews M., Herzig K.H. Fecal pyruvate kinase (M2-PK): a new predictor for inflammation and severity of pouchitis. Scand J Gastroenterol. 2005; 40 (12): 1493–4. doi: 10.1080/00365520500319112.

24. Helm J., Choi J., Sutphen R., Barthel J.S., Albrecht T.L., Chirikos T.N. Current and evolving strategies for colorectal cancer screening. Cancer Control. 2003; 10: 193–204.

25. Feng S., Wang W., Tai I.T., Chen G., Chen R., Zeng H. Label-free surface-enhanced Raman spectroscopy for detection of colorectal cancer and precursor lesions using blood plasma. Biomed Optics Express. 2015; 6 (9): 3494–3502. doi: 10.1364/BOE.6.003494.

26. Zhou Q., Peng R.Q., Wu X.J., Xia Q., Hou J.H., Ding Y., Zhou Q.M., Zhang X., Pang Z.Z., Wan D.S., Zeng Y.X., Zhang X.S. The density of macrophages in the invasive front is inversely correlated to liver metastasis in colon cancer. J Transl Med 2010; 8: 13 (1–9). doi: 10.1186/1479-5876-8-13.

27. Giusca S.E., Zugun F.E., Tarcoveanu E., Carasevici E., Amalinei C., Caruntu I.D. Immunohistochemical study of colorectal cancer liver metastases: the immune/inflammatory infiltrate. Rom J Morphol Embryol. 2010; 51 (1): 73–79.

28. Meyerhardt J.A., Tepper J.E., Venook A. Special Series: Advances in GI Cancer. J Clin Oncol. 2015 Jun 1; 33 (16): 1717–20. doi: 10.1200/JCO.2015.60.8661.

29. Карякин А.А., Уласова Е.А., Вагин М.Ю., Карякина Е.Е. Биосенсоры: устройство, классификация и функциональные характеристики. Сенсор. 2002; 1: 16–24.

30. Zhang G.J., Ning Y. Silicon nanowire biosensor and its applications in disease diagnostics: a review. Anal Chim Acta. 2012; 749: 1–15. doi:10.1016/j.aca.2012.08.035.

31. Yang F., Zhang G.J. Silicon nanowire-transistor biosensor for study of molecule-molecule interactions. Rev Anal Chem. 2014; 33 (2): 95–110. doi 10.1515/revac-2014-0010.

32. Наумова О.В., Фомин Б.И. Оптимизация отклика нанопроволочных биосенсоров. Автометрия. 2016; 52 (5): 21–25.


Для цитирования:


Кручинина М.В., Прудникова Я.В., Курилович С.А., Громов А.А., Кручинин В.Н., Атучин В.В., Наумова О.В., Спесивцев Е.В., Володин В.А., Пельтек С.Е., Шувалов Г.В., Генералов В.М. ВОЗМОЖНОСТИ ЭЛЛИПСОМЕТРИИ, РАМАН-СПЕКТРОСКОПИИ, КНИ-НАНОПРОВОЛОЧНОГО БИОСЕНСОРА В ДИАГНОСТИКЕ КОЛОРЕКТАЛЬНОГО РАКА. Сибирский онкологический журнал. 2017;16(4):32-41. https://doi.org/10.21294/1814-4861-2017-16-4-32-41

For citation:


Kruchinina M.V., Prudnikova Y.I., Kurilovich S.A., Gromov A.A., Kruchinin V.N., Atuchin V.V., Naumova O.V., Spesivtsev E.V., Volodin V.A., Peltek S.E., Shuvalov G.V., Generalov V.M. ELLIPSOMETRY, RAMAN SPECTROSCOPY AND SOI- NANOWIRE BIOSENSOR IN DIAGNOSIS OF COLORECTALCANCER. Siberian journal of oncology. 2017;16(4):32-41. (In Russ.) https://doi.org/10.21294/1814-4861-2017-16-4-32-41

Просмотров: 356


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1814-4861 (Print)
ISSN 2312-3168 (Online)