Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1052410.32607/20758251-2014-6-4-48-53Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleSpecific Visualization of Tumor Cells Using Upconversion NanophosphorsСпецифическая визуализация опухолевых клеток с помощью антистоксовых нанофосфóровGrebenikE. A.ГребеникЕ. А.
Russian Federation
katya.ivukina@rambler.ruGeneralovaA. N.ГенераловаА. Н.
Russian Federation
katya.ivukina@rambler.ruNechaevA. V.НечаевА. В.
Russian Federation
katya.ivukina@rambler.ruKhaydukovE. V.ХайдуковЕ. В.
Russian Federation
katya.ivukina@rambler.ruMironovaK. E.МироноваК. Е.
Russian Federation
katya.ivukina@rambler.ruStremovskiyO. A.СтремовскийО. А.
Russian Federation
katya.ivukina@rambler.ruLebedenkoE. N.ЛебеденкоЕ. Н.
Russian Federation
katya.ivukina@rambler.ruZvyaginA. V.ЗвягинА. В.
Russian Federation
katya.ivukina@rambler.ruDeyevS. M.ДеевС. М.
Russian Federation
katya.ivukina@rambler.ruShemyakin/Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of SciencesИнститут биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. ЛомоносоваInstitute of Laser and Information Technologies, Russian Academy of SciencesИнститут лазерных и информационных технологий РАНMacquarie UniversityНижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоLobachevsky Nizhniy Novgorod State UniversityMacquarie UniversityLobachevsky Nizhniy Novgorod State UniversityНижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского1512201464VOL 6, NO4 (2014)ТОМ 6, №4 (2014)485317012020Copyright ©; 2014, Grebenik E.A., Generalova A.N., Nechaev A.V., Khaydukov E.V., Mironova K.E., Stremovskiy O.A., Lebedenko E.N., Zvyagin A.V., Deyev S.M.Copyright ©; 2014, Гребеник Е.А., Генералова А.Н., Нечаев А.В., Хайдуков Е.В., Миронова К.Е., Стремовский О.А., Лебеденко Е.Н., Звягин А.В., Деев С.М.2014Grebenik E.A., Generalova A.N., Nechaev A.V., Khaydukov E.V., Mironova K.E., Stremovskiy O.A., Lebedenko E.N., Zvyagin A.V., Deyev S.M.Гребеник Е.А., Генералова А.Н., Нечаев А.В., Хайдуков Е.В., Миронова К.Е., Стремовский О.А., Лебеденко Е.Н., Звягин А.В., Деев С.М.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10524

The development of targeted constructs on the basis of photoluminescent nanoparticles with a high photo- and chemical stability and absorption/emission spectra in the “transparency window” of biological tissues is an important focus area of present-day medical diagnostics. In this work, a targeted two-component construct on the basis of upconversion nanophosphors (UCNPs) and anti-tumor 4D5 scFv was developed for selective labeling of tumor cells overexpressing the HER2 tumor marker characteristic of a number of human malignant tumors. A high affinity barnase : barstar (Bn : Bs) protein pair, which exhibits high stability in a wide range of pH and temperatures, was exploited as a molecular adapter providing self-assembly of the two-component construct. High selectivity for the binding of the two-component 4D5 scFv-Bn : UCNP-Bs construct to human breast adenocarcinoma SK-BR-3 cells overexpressing HER2 was demonstrated. This approach provides an opportunity to produce similar constructs for the visualization of different specific markers in pathogenic tissues, including malignant tumors.

Актуальным направлением в современной медицинской диагностике является создание нацеленных на патологические мишени конструкций на основе фотолюминесцентных наночастиц, обладающих высокой фото- и химической стабильностью, а также спектрами поглощения и испускания фотолюминесценции в области «окна прозрачности» биоткани. В работе получена двухкомпонентная конструкция на основе антистоксовых нанофосфóров (НАФ) и противоопухолевых мини-антител 4D5scFv для селективного мечения клеток, гиперэкспрессирующих опухолевый маркер HER2, характерный для целого ряда метастазирующих опухолей человека. Высокоаффинная белковая пара барстар : барназа (Bs : Bn), обладающая чрезвычайной устойчивостью в широком диапазоне pH и температур, использована в качестве молекулярного адаптера, обеспечивающего самосборку двухкомпонентной конструкции. На клетках аденокарциномы молочной железы человека SK-BR-3, гиперэкспрессирующих HER2, показана высокая избирательность связывания полученной двухкомпонентной конструкции 4D5scFv-Bn : Bs-НАФ с опухолевыми клетками. Предложенный подход позволяет получать аналогичные конструкции для визуализации различных специфических маркеров в патогенных тканях, в том числе в злокачественных новообразованиях.

upconversion nanophosphorsbiomarker imaginganti-tumor antibodiesself-assemblyHER2антистоксовые нанофосфóрывизуализация биомаркеровпротивоопухолевые антителасамосборкаHER2This work was supported by Russian Science Foundation (grant 14-24-00106) - synthesis of bioconjugates with nanoparticles and study of their interaction with cancer cells; the program of the Presidium of the Russian Academy of Sciences “Molecular and Cell Biology” Ministry of Education of the Russian Federation (№14.578.21.0051, 14.Z50.31.0022) – preparation and characterization of recombinant proteins.Работа поддержана РНФ (грант 14-24-00106) – синтез биоконъюгатов с наночастицами и исследование их взаимодействия с раковыми клетками; программой Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология», Минобрнауки РФ (№ 14.578.21.0051, 14.Z50.31.0022) – получение и характеристика рекомбинантных белков.[1] Nikitin M.P., Shipunova V.O., Deyev S.M., Nikitin P.I. // Nat. Nanotechnol. 2014, V.9, P.716-722[2] Mironova K.E., Proshkina G.M., Ryabova F.V., Stremovskiy O.A., Lukyanov S.A., Petrov R.V., Deyev S.M. // Theranostics. 2013, V.3, №11, P.831-840[3] Stepanov A.V., Belogurov A.A., Jr. I.O., Ponomarenko N.A., Stremovskiy O.A., Kozlov L.V., Bichucher A.M., Dmitriev S.E., Smirnov I.V., Shamborant O.G., Balabashin D.S. // PLOS One. 2011, V.6, P.e20991[4] Generalova A.N., Sizova S.V., Zdobnova T.A., Zarifullina M.M., Artemyev M.V., Baranov A.V., Oleinikov V.A., Zubov V.P., Deyev S.M. // Nanomedicine (London). 2011, V.6, P.195-209[5] Polanovski O.L., Lebedenko E.N., Deyev S.M. // Biochemistry (Moscow). 2012, V.77, №3, P.227-245[6] Nahta R., Esteva F.J. // Cancer Lett. 2006, V.232, P.123-138[7] Deyev S.M., Waibel R., Lebedenko E.N., Schubiger A.P., Plückthun A. // Nat. Biotechnol. 2003, V.21, P.1486-1492[8] Zdobnova T.A., Dorofeev S.G., Tananaev P.N., Vasiliev R.B., Balandin T.G., Edelweiss E.F., Stremovskiy O.A., Balalaeva I.V., Turchin I.V., Lebedenko E.N. // J. Biomed. Opt. 2009, V.14, P.021004[9] Serebrovskaya E.O., Edelweiss E.F., Stremovskiy O.A., Lukyanov K.A., Chudakov D.M., Deyev S.M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009, V.106, P.9221-9225[10] Balandin T.G., Edelweiss E., Andronova N.V., Treshalina E.M., Sapozhnikov A.M., Deyev S.M. // Invest. New Drugs. 2011, V.29, P.22-32[11] Deyev S.M., Lebedenko E.N. // Acta Naturae. 2009, V.1, №1, P.32-50[12] Nikitin M.P., Zdobnova T.A., Lukash S.V., Stremovskiy O.A., Deyev S.M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010, V.107, №13, P.5827-5832[13] Zdobnova T.A., Stremovskiy O.A., Lebedenko E.N., Deyev S.M. // PLOS One. 2012, V.7, P.e48248[14] Glinka E.M., Edelweiss E.F., Sapozhnikov A.M., Deyev S.M. // Gene. 2006, V.366, P.97-103[15] Sreenivasan V.K.A., Ivukina E.A., Deng W., Kelf T.A., Zdobnova T.A., Lukash S.V., Veryugin B.V., Stremovskiy O.A., Zvyagin A.V., Deyev S.M. // J. Mater. Chem. 2011, V.21, P.65-68[16] Schreiber G., Fersht A.R. // Nat. Struct. Biol. 1996, V.3, №5, P.427-431[17] Aghayeva U.F., Nikitin M.P., Lukash S.V., Deyev S.M. // ACS Nano. 2013, V.7, №2, P.950-961[18] Martsev S.P., Tsybovsky Y.I., Stremovsky O.A., Odincov S.G., Balandin T.G., Arosio P., Kravchuk Z.I., Deyev S.M. // Protein Engineering Design Selection. 2004, V.17, P.85-93[19] Grebenik E.A., Nadort A., Generalova A.N., Nechaev A.V., Sreenivasan V.K., Khaydukov E.V., Semchishen V.A., Popov A.P., Sokolov V.I., Akhmanov A.S. // J. Biomed. Opt. 2013, V.18, P.76004[20] Xiong L., Chen Z., Tian Q., Cao T., Xu C., Li F. // Anal. Chem. 2009, V.81, №21, P.8687-8694[21] Dou Q., Idris N.M., Zhang Y. // Biomaterials. 2013, V.34, №6, P.1722-1731[22] Yi G., Peng Y., Gao Z. // Chem. Mater. 2011, V.23, P.2729-2734[23] Mai H., Zhang Y., Sun L., Yan C. // J. Phys. Chem. C. 2007, V.111, P.13721-13729[24] Yazynin S.A., Deyev S.M., Jucovic M., Hartley R.W. // Gene. 1996, V.169, №2, P.131-132[25] Rushizky G.W., Greco A.E., Hartley R.W., Jr. I.O., Sober H.A. // Biochemistry. 1963, V.2, №4, P.787-793[26] Zhan Q., Qian J., Liang H., Somesfalean G., Wang D., He S., Zhang Z., Andersson-Engels S. // ACS Nano. 2011, V.5, №5, P.3744-3757[27] Pellegrino T., Manna L., Kudera S., Liedl T., Koktysh D., Rogach A.L., Keller S., Rädler J., Natile G., Parak W.J. // Nano Lett. 2004, V.4, P.703-707[28] Chen G., Qiu H., Prasad P.N., Chen X. // Chem. Rev. 2014, V.114, №10, P.5161-5214