Nanobiotechnologie - Petr Skládal
Masarykova univerzita Masarykova univerzita
Nanobiotechnologie - Petr Skládal

Vedení

doc. RNDr. Petr Skládal, CSc. doc. RNDr. Petr Skládal, CSc.
Docent, vedoucí pracoviště
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).