Графен как основа биологических сенсоров для диагностики нейродегенеративной деменции
- Авторы: Воробьев С.В.1,2,3, Терновых И.К.1,2, Лебедев А.А.2, Смирнов А.Н.2, Усиков А.С.2,4, Лебедев С.П.2
-
Учреждения:
- Главный Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова
- Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе
- Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет
- ООО «Нитридные кристаллы – Алюминий-Н»
- Выпуск: Том 41, № 4 (2022)
- Страницы: 421-428
- Раздел: Научные обзоры
- URL: https://ogarev-online.ru/RMMArep/article/view/111884
- DOI: https://doi.org/10.17816/rmmar111884
- ID: 111884
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Когнитивные нарушения в настоящее время рассматриваются в рамках наиболее актуальных проблем современной клинической неврологии в частности и медицины в целом. Их значимость обусловлена существенным негативным влиянием, оказываемым как на здоровье и качество жизни пациентов, так и на состояние их ближайших родственников и общества в целом. Кроме того, широкое распространение нарушений высших корковых функций существенно влияет на финансово-экономические показатели отдельных групп лиц и государства. Эти положения предопределяют необходимость поиска новых высокоэффективных способов ведения таких пациентов. Решение данной задачи невозможно без внедрения эффективных методов диагностики, позволяющих быстро и качественно верифицировать патологический процесс, особенно на его ранних стадиях. С учетом того что основную роль в развитии деменции в пожилом возрасте играет болезнь Альцгеймера, именно на разработку методов ее диагностики направлены основные усилия исследователей. Применяющиеся в настоящее время диагностические алгоритмы, включающие в себя помимо нейропсихологического обследования такие методы, как исследование содержания β-амилоида и τ-белка в ликворе, позитронно-эмисионная томография и ряд других, либо носят инвазивный характер, либо требуют наличия дорогостоящего специализированного оборудования. Это ведет к существенному ограничению их использования в повседневной клинической практике. При этом за последнее время достигнуты определенные успехи в области внедрения продуктов нанотехнологий в медицинскую науку. Именно с этой областью связывают дальнейшие перспективы развития диагностических и терапевтических стратегий. Одним из материалов, полученных в рамках этого направления, является графен, представляющий собой двухмерную аллотропную модификацию углерода, обладающую рядом специфических физических свойств. В настоящее время ведется разработка биологических сенсоров на основе графена, обладающих высокой чувствительностью и специфичностью к биомаркерам и позволяющих определять их в крайне низких концентрациях. Работа в данном направлении может привести к созданию нового диагностического метода, позволяющего эффективно проводить диагностику болезни Альцгеймера на ранних стадиях, в том числе на уровне амбулаторно-поликлинического звена.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Сергей Владимирович Воробьев
Главный Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова; Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе; Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: sergiognezdo@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4830-907X
SPIN-код: 3426-6511
Scopus Author ID: 37066664500
ResearcherId: I-4445-2016
докт. мед. наук, главный научный сотрудник НИЛ неврологии и нейрореабилитации; докт. мед. наук, главный научный сотрудник НИЛ неврологии и нейрореабилитации
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургИван Константинович Терновых
Главный Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова; Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе
Email: rik.2006@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0074-4021
SPIN-код: 8208-9241
ассистент кафедры неврологии и психиатрии с клиникой ИМО
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургАлександр Александрович Лебедев
Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе
Email: shura.lebe@mail.ioffe.ru
ORCID iD: 0000-0003-0829-5053
SPIN-код: 9912-3526
докт. физ.-мат. наук, профессор, pуководитель отделения твердотельной электроники
Россия, Санкт-ПетербургАлександр Николаевич Смирнов
Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе
Email: alex.smirnov@mail.ioffe.ru
ORCID iD: 0000-0001-9709-5138
канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник
Россия, Санкт-ПетербургАлександр Сергеевич Усиков
Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе; ООО «Нитридные кристаллы – Алюминий-Н»
Email: alexander.usikov@nitride-crystals.com
ORCID iD: 0000-0002-5320-3632
SPIN-код: 2035-7935
канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургСергей Павлович Лебедев
Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе
Email: lebedev.sergey@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5078-1322
SPIN-код: 2308-7971
канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник
Россия, Санкт-ПетербургСписок литературы
- Reitz C., Brayne C., Mayeux R. Epidemiology of Alzheimer disease // Nat. Rev. Neurol. 2011. Vol. 7, No. 3. P. 137–152. doi: 10.1038/nrneurol.2011.2
- Tahami Monfared A.A., Byrnes M.J., White L.A., Zhang Q. Alzheimer’s Disease: Epidemiology and Clinical Progression // Neurol. Ther. 2022. Vol. 11, No. 2. P. 553–569. doi: 10.1007/s40120-022-00338-8
- Elonheimo H.M., Andersen H.R., Katsonouri A., Tolonen H. Environmental Substances Associated with Alzheimer’s Disease-A Scoping Review // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2021. Vol. 18, No. 22. P. 11839. doi: 10.3390/ijerph182211839
- McKhann G.M., Knopman D.S., Chertkow H., et al. The diagnosis of dementia due to Alzheimer’s disease: recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer’s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer’s disease // Alzheim. dement. 2011. Vol. 7, No. 3. P. 263–269. doi: 10.1016/j.jalz.2011.03.005
- Jack C.R., Albert M.S., Knopman D.S., et al. Introduction to the recommendations from the National Institute on Aging–Alzheimer’s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer’s disease // Alzheim. dement. 2011. Vol. 7, No. 3. P. 257–262. doi: 10.1016/j.jalz.2011.03.004
- Sperling R.A., Aisen P.S., Beckett L.A., et al. Toward defining the preclinical stages of Alzheimer’s disease: recommendations from the National Institute on Aging–Alzheimer’s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer’s disease // Alzheim. dement. 2011. Vol. 7, No. 3. P. 280–292. doi: 10.1016/j.jalz.2011.03.003
- Albert M.S., DeKosky S.T., Dickson D., et al. The diagnosis of mild cognitive impairment due to Alzheimer’s disease: recommendations from the National Institute on Aging–Alzheimer’s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer’s disease // Alzheim. Dement. 2011. Vol. 7, No. 3. P. 270–279. doi: 10.1016/j.jalz.2011.03.008
- Емелин А.Ю., Лобзин В.Ю., Воробьев С.В. Когнитивные нарушения: руководство для врачей. М.: Т 8 Издательские Технологии, 2019. 416 с.
- d’Abramo C., D’Adamio L., Giliberto L. Significance of Blood and Cerebrospinal Fluid Biomarkers for Alzheimer’s Disease: Sensitivity, Specificity and Potential for Clinical Use // J. Pers. Med. 2020. Vol. 10, No. 3. P. 116. doi: 10.3390/jpm10030116
- Harada R., Okamura N., Furumoto S., et al. Characteristics of Tau and Its Ligands in PET Imaging // Biomolecules. 2016. Vol. 6, No. 1. P. 7. doi: 10.3390/biom6010007
- Camus V., Payoux P., Barré L., et al. Using PET with 18F-AV-45 (florbetapir) to quantify brain amyloid load in a clinical environment // Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 2012. Vol. 39, No. 4. P. 621–631. doi: 10.1007/s00259-011-2021-8
- Mielke M.M., Hagen C.E., Wennberg A.M.V., et al. Association of plasma total tau level with cognitive decline and risk of mild cognitive impairment or dementia in the mayo clinic study on aging // JAMA Neurol. 2017. Vol. 74. P. 1073–1080. doi: 10.1001/jamaneurol.2017.1359
- Hanon O., Vidal J.S., Lehmann S., et al. Plasma amyloid levels within the Alzheimer’s process and correlations with central biomarkers // Alzheimers Dement. 2018. Vol. 14. P. 858–868. doi: 10.1016/j.jalz.2018.01.004
- Jia L., Qiu Q., Zhang H., et al. Concordance between the assessment of Aβ42, T-tau, and P-T181-tau in peripheral blood neuronal-derived exosomes and cerebrospinal fluid // Alzheimers Dement. 2019. Vol. 15. P. 1071–1080. doi: 10.1016/j.jalz.2019.05.002
- Лебедев А.А., Давыдов В.Ю., Новиков С.Н., и др. Биосенсоры на основе графена // Письма в Журнал технической физики. 2016. Т. 42, № 14. С. 28–35. DOI: journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/43411
- Chauhan N., Maekawa T., Kumar D.N.S. Graphene based biosensors-Accelerating medical diagnostics to new-dimensions // J. Mater. Res. 2017. Vol. 32, No. 15. P. 2860–2882. doi: 10.1557/jmr.2017.91
- Li M., Yang X., Ren J., et al. Using graphene oxide high near-infrared absorbance for photothermal treatment of Alzheimer’s disease // Adv. Mater. 2012. Vol. 24, No. 13. P. 1722–1728. doi: 10.1002/adma.201104864
- Demeritte T., Nellore B.P., Kanchanapally R., et al. Hybrid Graphene Oxide Based Plasmonic-Magnetic Multifunctional Nanoplatform for Selective Separation and Label-Free Identification of Alzheimer’s Disease Biomarkers // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. Vol. 7, No. 24. P. 13693–13700. doi: 10.1021/acsami.5b03619
- Chae M.S., Kim J., Jeong D., et al. Enhancing surface functionality of reduced graphene oxide biosensors by oxygen plasma treatment for Alzheimer’s disease diagnosis // Biosens Bioelectron. 2017. Vol. 92. P. 610–617. doi: 10.1016/j.bios.2016.10.049
- Leszek J., Md Ashraf G., Tse W.H., et al. Nanotechnology for Alzheimer Disease // Curr. Alzheimer Res. 2017. Vol. 14, No. 11. P. 1182–1189. doi: 10.2174/1567205014666170203125008
- Speranza G. Carbon Nanomaterials: Synthesis, Functionalization and Sensing Applications // Nanomaterials (Basel). 2021. Vol. 11, No. 4. P. 967. doi: 10.3390/nano11040967
- Sainz-Urruela C., Vera-López S., San Andrés M.P., Díez-Pascual A.M. Graphene-Based Sensors for the Detection of Bioactive Compounds: A Review // Int. J. Mol. Sci. 2021. Vol. 22, No. 7. P. 3316. doi: 10.3390/ijms22073316
- Rembach A., Faux N.G., Watt A.D., et al. Changes in plasma amyloid beta in a longitudinal study of aging and Alzheimer’s disease // Alzheimers Dement. 2014. Vol. 10. P. 53–61. doi: 10.1016/j.jalz.2012.12.006
- Davies D.R., Sheriff S., Padlan E.A. Antibody-Antigen Complexes // J. Biological Chemistry. 1988. Vol. 263, No. 22. P. 10541–10544. doi: 10.1146/annurev.biochem.59.1.439
- Усиков A.С., Лебедев С.П., Роенков А.Д., и др. Исследование чувствительной способности графена для применений в качестве биосенсоров // Письма в журнал технической физики. 2020. Т. 46, № 10. С. 3–6.
- Sun L., Zhong Y., Gui J., et al. A hydrogel biosensor for high selective and sensitive detection of amyloid-beta oligomers // Int. J. Nanomedicine. 2018. Vol. 13. P. 843–856. doi: 10.2147/IJN.S152163
- Toyos-Rodríguez C., García-Alonso F.J., de la Escosura-Muñiz A. Electrochemical Biosensors Based on Nanomaterials for Early Detection of Alzheimer’s Disease // Sensors (Basel). 2020. Vol. 20, No. 17. P. 4748. doi: 10.3390/s20174748
Дополнительные файлы
