N-011-NT-MDT-1 Паспорт совместного российско-американского проекта 1. Название Разработка измерительного комплекса, методик определения параметров исследование воздействия коллоидных наночастиц на живые клетки и ткани. и 2. Аннотация Целью данного проекта является разработка новых методов оценки воздействия наноматериалов на живые клетки и ткани как для оценки степени опасности, так и для установления их метаболизма и механизма действия и использование этих методов для медицинской и экологической диагностики. Мотивацией выполнения данного совместного проекта будет объединение усилий в решении большого объема существующих проблем в области безопасности нанотехнологий и охраны окружающей среды. В США созданы приборы для комплексного использования спектрофотометрии (в моде отражения), флуоресцентной и КР спектроскопии (мультимодальная спектроскопия, ММС), позволяющие разработать высокоинформативный метод диагностики состояния тканей, совмещая световод и ММС (ксеноновая лампа (370-740 нм), аргоновый лазер (337 нм), и диодный лазер (830 нм), что применяется для диагностики состояния ткани при патологии (атеросклероз, онкология) и на модельных системах (2009, American Institute of Physics). В РФ (заявителем проекта при сотрудничестве с ВНИИОФИ и Биологическим факультетом МГУ) созданы приборы и разработаны методики для диагностики состояния гемопорфирина гемоглобина больных сердечно-сосудистыми заболеваниями и сахарного деабета. Разработана методика использования коллоидных частиц для ГКР гемопорфирина. Известно, что гигантское комбинационное рассеивание (ГКР) позволяет повысить разрешающую способность КР микроскопов. Разрабатываемая методика позволит повысить чувствительность диагностики в медицине и экологии в 106 – 107 раз. Совместный проект позволит создать эффективный методологический комплекс для диагностики в медицине и экологии. 3. Описание предполагаемых результатов реализации проекта (Определить в чем будет выражен результат реализации проекта. Например – устройство, методика, продукт, трансфер технологий интеллектуальная собственность) Основным результатом проекта будет измерительный комплекс реализующий измерения биообъектов методами лазерной интерфереционной микроскопии (ЛИМ), флуоресцентной микроскопии, комбинационного рассеивания (КР) и атомносиловой микроскопии (АСМ) в одной измерительной ячейке. Разработка высокоэффективной методики регистрации ГКР сигнала гемоглобина эритроцита; создание комплекса для регистрации распределения гемоглобина в эритроците ( КР, ЛИМ и АСМ); продуктом является сертифицированный прибор-комплекс; разработка комплексного метода выявления распределения и локализации коллоидных частиц в клетке; 4. Наиболее близкие по тематике проекты в мире, реализующиеся в настоящее время (не более 5 аналогов) (в т.ч. по предполагаемым результатам) 1. Измерительный комплекс фирмы Брукер (ЕС): Bruker - Catalyst-IRIS и Innova-IRIS: http://www.bruker-axs.com/integrated_afm-raman_imaging_system_module.html 2. Измерительный комплекс фирмы Токио Инструментс (Япония): JPK - NanoWizard 3http://www.jpk.com/nanowizard-3-bioscience-afm.535.html 3. Измерительный комплес Witec – Alpha (Германия): http://www.witec.de/en/products/raman/alpha300r/ 4. Измерительный комплекс Интегра Спектра НТ-МДТ: http://www.ntmdt.ru 5. Новизна, описание конкурентных преимуществ результатов (Отличительные особенности новизны и конкурентных преимуществ не имеющихся на сегодняшний момент, а нацеленных на предполагаемый конечный результат реализации проекта. Характеристики, методы, определяющие новизну и конкурентные преимущества по отношению к аналогам П 4.) Применение ГКР коллоидных частиц на эритроцитах позволит повысить чувствительность метода в 106 раз и выявить патологические изменения примембранного гемоглобина в эритроцитах и хлорофилла в водорослях. 6. Кто является потенциальным потребителем результатов (Указываются потенциальные потребители, которые будут использовать, коммерциализовывать результат совместного проекта.) Потенциальными потребителями результатов проекта будут научноисследовательские организации в области медицинской диагностики, охраны окружающей среды, лаборатории мониторинга загрязнения окружающей среды, диагностические медицинские лаборатории. Коммерциализовать результаты совместного проекта будут компании, специализирующиеся в разработке и продаже оборудования для медицины и экологии 7. Где, когда и какой эффект, в т.ч. экономический, ожидается от использования результатов проекта (В какой отрасли исследования или на каком рынке ожидается эффект от использования результатов? Когда и какой? Дать прогноз.) Для диагностики в медицине и экологии; приборостроение, медицина, фармакология. Начало продаж разработанного оборудования можно ожидать через 2 года. Эффект и социальная значимость результатов данного проекта определяется направленностью на оценку воздействия наноматериалов на жизнедеятельность клетки а также на биомедицинскую диагностику заболеваний путем непосредственного наблюдения за надмолекулярными системами и состоянием отдельной клетки и ее структур. Кроме того, результаты работы смогут применяться при разработке новых лекарственных препаратов для контроля доставки биологически активных веществ, регулирующих функции клеток (например, синтетические вакцины и компактизированные антитела - «наноантитела»). 8. Предполагаемые организации – участники консорциума по профилям: научные, образовательные, бизнес. Контактная информация руководителей проекта в каждой организации и общего координатора (Подчеркивается реализация проектов при трехстороннем взаимодействии, позволяющего развивать потенциал науки, образования и бизнеса в совместных инновационных проектах.) Научные: НТ-МДТ, Биофак МГУ, ВНИИОФИ Образовательные: МГУ; Бизнес: НТ-МДТ 9. Описание вклада каждой организации в итоговый результат. (Кто и какой вклад внесёт для получения результата?) НТ-МДТ – разработка и изготовление приборной базы; Биофак МГУ – разработка биологической составляющей методик; ВНИИОФИ – разработка оптических измерений 10. Преимущества от участия иностранных организаций (Необходимо попытаться доказать, что результат не может быть достигнут без использования преимуществ зарубежных организаций. Пример – доступ к технологиям – каким конкретно.) Комплексное применение спектрофотометрии (в моде отражения), флуоресцентной и КР спектроскопии (мультимодальная спектроскопия, ММС) позволит разработать высокоинформативный метод диагностики состояния клеток и тканей. Совмещенный световод и ММС (ксеноновая лампа (370-740 нм), аргоновый лазер (337 нм), и диодный лазер (830 нм) уже использовались при детектировании состояния ткани при патологии (атеросклероз, онкология) и на модельных системах (2009, American Institute of Physics). 11. Потенциальные иностранные участники проекта, которые могли бы внести существенный вклад в итоговый результат (Существующие, потенциальные или желаемые иностранные партнеры). 1. Университеты Аризоны; 2. Университет Хьюстона, институт нанотехнологий - у НТ-МДТ есть соглашение в стадии подписания. 3. American Institute of Physics, Нью-Йорк 12. Краткая предыстория формирования проекта (Наличие предварительных договорённостей и предыдущего опыта сотрудничества с иностранными партнёрами. Указать стадию проработки проекта.) В 2008-2010 гг российскими участниками проекта (НТ-МДТ, ВНИИОФИ, Биологический факультет МГУ) разработан измерительный комплекс на основе прибора ИтеграСпектра НТ-МДТ и Лазерного Итерфереционного Микроскопа ВНИИОФИ и разработаны некоторые методики измерений, в частности методики определения результатов воздействия наночастиц на субклеточные структуры функционирующих клеток: «Методика регистрации присутствия нанодисперсных металлических колоидов (серебро и золото) в растворе и на поверхности клеток (эритроцит, нервная клетка)» «Методика регистрации топологии клеточных структур (эритроцит, нервная клетка) при действии наночастиц (металлические коллоиды серебра и золота)» В продолжение данного проекта предполагается провести усовершенствованиерекострукцию измерительного комплекса путем введение в комплекс более современного специализированного для биологических исследований АСМ Интегра-Лайф НТ-МДТ с микроманипуляторами и провести модеренизацию ЛИМ, разработать новые методики измерений. 13. Предварительный план подготовки и реализации проекта (основные вехи) по каждой организации, включая координационные мероприятия (Срок получения предварительных и окончательных результатов. Предполагаемые сроки (периодичность) координации мероприятий совместного проекта). Предполагаемый срок выполнения проекта 3 года. Предварительный результат – создание новой модификации измерительного комплекса будет получен за 2 года. Третий год проекта будет использован на исследования и доработку методик. Будут разработаны следующие методики: 1. Методики комплексной оценки локализации коллоидных частиц в клетке (ГКР, ФЛ, АСМ, ЛИМ) ; оценка функционального состояния клетки; 2. Методики реализации оптимальных условий для ГКР клетки 3. Комплексная методика диагностики состояния клетки в условиях ГКР; 4. Методики использования ГКР для диагностики в медицине и экологии; 14. Объем финансирования (существующий и необходимый), включая предполагаемые источники и объемы софинансирования (Указывается необходимый объем инвестиций для реализации проекта с указанием направлений расходования средств (краткий финансовый план проекта). В 2008-2010 гг российские участники проекта (НТ-МДТ, ВНИИОФИ, Биологический факультет МГУ) получили бюджетное финансирование в размере 48,9 млн.руб., дополнительно было использовано 1,2 млн.руб. собственных средств НТ-МДТ. На 2011 год российские участники проекта надеются получить бюджетное финансирование в размере 9 млн.руб. Для наиболее полной реализации проекта российским участникам требуется ориентировочно финансирование в размере 10 млн. долларов США на срок 3 года