Объективный информационный канал
для профессионалов отрасли

«Фармацевтическая отрасль», 2021, №4 (87) август

Дослідження вірусів. Можливості нанодиференціальних мікрокалориметрів та ізотермічних титраційних калориметрів виробництва компанії TA Instruments

Фаріон О.В.,
компанія Intertech Corporation

Коронавірусна хвороба COVID-19 порушила повсякденне життя у всьому світі. Людство  зосередило  основні  ресурси  на  стримуванні  поширення  хвороби,  лікуванні  хворих  і  розробці вакцин. За останній рік актуальність  біофармацевтичних  досліджень значно зросла. Найбільш  важливим  для  науковців  стало вивчення процесів вірусного патогенезу і структур вірусних білків. Самозбір  вірусних  білків  та  нуклеїнових  кислот  з  утворенням стабільних  часток,  а  також  механізми, за допомогою яких віруси зв'язуються  з  клітиною-хазяїном та проникають у них, є двома ключовими  аспектами  розуміння  механізмів розвитку пандемії та розробки можливих шляхів зупинення її поширення.

Рис. 1. Нанодиференціальний калориметр серії Nano DSC виробництва TA Instruments

Мікрокалориметрія, а саме нанодиференціальна скануюча калориметрія й ізотермічна титраційна калориметрія – це потужні  аналітичні  методи,  що  дозволяють  без  міток  і  іммобілізації  досліджувати  термодинаміку процесів  молекулярного  зв’язування, визначати біомолекулярну стабільність  та  ідентифікувати віруси.

Науково-дослідні центри та лабораторії  фармацевтичних компаній у всьому світі використовують  мікрокалориметри  виробництва компанії TA Instruments для вивчення властивостей вірусів і розробки можливих методів боротьби з їхнім поширенням. Термічну  стабільність  білків  вірусної  оболонки  найефективніше  можна охарактеризувати, використовуючи  нанодиференціальні  калориметри  серії Nano DSC, тоді як фундаментальну  інформацію  про  молекулярні взаємодії,  що  зумовлюють  процеси  зв’язування  вірусу  з  клітиною-хазяїном,  отримують  за  допомогою  ізотермічних  титраційних калориметрів серій Affinity ITC і Nano ITC.

Нанодиференціальні  калориметри  Nano  DSC  та  Nano  DSC  Auto розроблені для високочутливого  вимірювання  тепла,  що  поглинається  або  виділяється  при нагріванні чи охолодженні розчину  біомолекул.  За  результатами цих  методів  можна  отримати  інформацію  про  термічну  стабільність  біомолекули  та  охарактеризувати  її  структуру.  Нанодиференціальні  калориметри  можуть  бути  використані  для  характеристики  як  специфічного,  так  і  неспецифічного  зв'язування  ліганду.

Прикладами  використання  Nano DSC для вивчення вірусів є  роботи  з  дослідження  термічної стабільності аденовірусу [1, 2]. ДСК-профіль також можна використовувати для ідентифікації  виду  вірусу  та  його  штаму,  наприклад,  штамів  поліомієліту  та грипу [3].

Рис. 2. Ізотермічний титраційний калориметр серії Affinity ITC виробництва TA Instruments

Принцип  роботи  ізотермічних  титраційних  калориметрів Affinity  ITC  і  Nano  ITC  полягає у  прямому  вимірюванні  тепла, що  виділяється  або  поглинається  під  час  реакції  зв'язування при  порційному  додаванні  титранту  до  розчину,  що  титрують. На основі отриманих даних програмне  забезпечення  приладу визначає  константу  зв'язування,  ентальпію  і  стехіометрію зв’язування.  Також  є  можливість  математичного  розрахунку значення енергії Гіббса та ентропії. Експлуатація  Affinity  ITC  і Nano  ITC  дозволяє  без  використання  міток  і  маркерів,  які  можуть створювати перешкоди при взаємодії молекул, упродовж одного  експерименту  отримати повну  термодинамічну  характеристику процесу зв’язування.

Одним  із  напрямків  використання  ізотермічного  титраційного калориметра є дослідження вірусу імунодефіциту людини [4]. У  разі,  коли  необхідно  досліджувати  біомолекули  з  високою швидкістю  зв’язування,  ізотермічні  титраційні  калориметри TA  Instruments дозволяють  проводити  аналіз  шляхом  не  тільки порційного,  а  й  безперервного титрування.

Обсяг досліджень для визначення  структури  та  механізму  дії вірусів  за  допомогою  мікрокалориметрів  виробництва  компанії TA Instruments швидко збільшується. Нанодиференціальні калориметри серії Nano DSC дозволяють отримувати  термодинамічний  профіль  вірусної  структури  для  визначення  стабільності  вірусних  частинок  та  ідентифікування  вірусного штаму.  Вірулентність  вірусу  залежить від здатності вірусу специфічно зв'язуватися зі своєю мішенню й  інфікувати  клітини.  Ізотермічні титраційні  калориметри  серії Affinity  ITC  і  Nano  ITC  використовують  для  характеристики  процесів міжмолекулярного зв’язування, що
відбуваються між вірусом та клітиною-хазяїном.  Новітні  запатентовані  технології  нанодиференціальних калориметрів серії Nano DSC та ізотермічних  титраційних  калориметрів  серії  Affinity  ITC  і  Nano  ITC потребують  мінімальної  кількості реагентів,  забезпечують  найвищу продуктивність,  чутливість  та  відтворюваність  і  відповідають  вимогам  науково-дослідних  лабораторій, що займаються дослідженнями біомолекул, розробкою фармацевтичних препаратів та вакцин.