Nanobiotechnologie - Petr Skládal

Vedení

doc. RNDr. Petr Skládal, CSc. doc. RNDr. Petr Skládal, CSc.
Vedoucí výzkumné skupiny, Vedoucí sdílené laboratoře
Mgr. Jan Přibyl, Ph.D. Mgr. Jan Přibyl, Ph.D.
Senior researcher

Výzkumné oblasti

  • Vizualizace biomolekul, buněk a dalších biologických vzorků pomocí mikroskopie skenující sondou (SPM – AFM, SNOM, STM)
  • Charakterizace afinitních interakcí pomocí biosenzorů v reálném čase
  • Použití elektrochemických, optických, piezoelektrických a nanomechanických převodníků pro vývoj biosenzorů
  • Imobilizace, modifikace a konjugace biomolekul
  • Nanočástice jako značky pro imunochemická stanovení

Hlavní cíle

  • Vizualizace a modifikace biologických vzorků (tkáně, buňky, buněčné struktury a jednotlivé biomolekuly)
  • Vývoj nových metod pro zkoumání struktury, interakcí a dynamických vlastností biomolekul
  • Studium struktury a interakcí biomakromolekul a jejich vztahu k fungování živých systémů, onemocněním a terapii
  • Studium chování přirozených a chemicky modifikovaných biomakromolekul na elektricky nabitých materiálech spojených s vývojem nových elektrochemických biosenzorů a biologických testů

Výzkumné zaměření

Nanobiotechnologie zahrnuje pokročilé mikroskopické techniky skenování sondou, nanomanipulace, nanolitografie, různé typy umělých nanostruktur pro vizualizaci nebo modifikaci biologických objektů včetně tkání, buněk, buněčných struktur a biomolekul. Skenovací próba poskytuje možnost dotýkat se jednotlivých molekul proteinu nebo nukleových kyselin a získat tak subnanometrické a pseudo-trojrozměrné obrazy s vysokým rozlišením poskytující detaily biologických objektů v jejich přirozeném prostředí. Tyto přístupy v současné době přinášejí revoluci v mnoha oborech biologie, biofyziky a biochemie a poskytují inovativní výsledky a metodiky pro aplikace ve zdravotnictví – nanobiosensorové systémy, nanočástice pro značení a cílenou distribuci léčiv (nanomedicína).

Zobrazování biopovrchů a biomolekul pomocí mikroskopie skenující sondou

Laboratoř mikroskopie atomárních sil (AFM) umožňuje skenování v suchém i kapalném stavu, v kontaktním i bezkontaktním režimu. Modifikované hroty umožňují charakterizovat povrchovou hydrofobicitu. specificky cílené molekuly a buněčné povrchy (například hroty modifikované protilátkami). Vodivé hroty s aplikovaným potenciálem mohou být dále použity pro bioelektrochemické studie. Opakované skenování umožňuje studovat pohyb a morfologické změny buněk (VideoAFM). Doplňkové informace o buňkách a buněčných prvcích mohou být poskytnuty skenováním pomocí optické mikroskopie v blízkém poli (SNOM, překonání difrakčního limitu); skenovací tunelovací mikroskopií (STM) pro atomové rozlišení.

Molekula imunoglobulinu G zobrazená na povrchu slídy, semikontaktní režim, Ntegra Vita AFM

Nanobiointerakce a měření sil v biokomplexech

Vazba dvou individuálních komplementárních molekul (protilátka-antigen, ligand-receptor a hybridizace oligonukleotidů) je studována s použitím jednoho partnera navázaného na pevný nosič a druhého navázaného na skenovací hrot. Naměřená silová data z nanoúrovně jsou korelována s výsledky získanými na makroúrovni pomocí technik povrchové plasmonové rezonance (SPR), které poskytují informace o kinetice afinitních interakcí v reálném čase.

Nanomanipulace a nanolitografie biologických objektů

V režimu AFM-litografie může být hrot na kantileveru, který je v kontaktu se skenovaným objektem, použit k manipulaci s buňkami.

Nanobiosensory a nanoarryas

Nanobiosenzory využívají kantilever jako ohýbající se nanomechanický převodník v důsledku probíhající afinitní interakce. Lze tak citlivě sledovat i pohyblivé bioobjekty, např. tepající kardiomyocyty. Nanoarrays-biochipy se skládají ze sady specifických rozpoznávacích proteinů (monoklonální nebo rekombinantní protilátky, receptory a enzymy, umělé peptidové foldy navržené molekulárním modelováním) a jsou inkubovány s klinickými vzorky. Vazebný vzor je dále čten s pomocí AFM (SNOM, STM), buď přímo, nebo po vhodné amplifikaci (magnetické nanočástice, kvantové tečky).“Větší“ mikrometrové vzorky mohou být ověřovány a hodnoceny pomocí vícekanálového SPR, fluorescenčním skenováním a skenovací elektrochemickou mikroskopií (SECM).


Novinky

Všechny novinky