БИОЧИП

Полезная модель относится к области медицины, но также может быть использована в ветеринарии и биологии.
Известен биочип, представляющий собой твердую подложку, на которой в строго определенных местах расположены тестовые участки, представляющие собой гидрогелевые микрокапли, в которых иммобилизованы клетки. При этом в разных гидрогелевых каплях иммобилизованы клетки разных типов (штаммов). (См. А.Д.Мирзабеков «Биочипы в биологии и медицине 21 века». Вестник Российской Академии наук, 2003, т.73, №5, с.412).
Недостатком известного биочипа является невозможность его использования для исследования других микрообъектов, например, для исследования взаимодействий иммобилизованных микрообъектов (клеток) с микрообъектами, находящимися в исследуемом образце. Гидрогель, в котором иммобилизованы клетки, находящиеся на биочипе, препятствует их взаимодействию с микробъектами, размер которых превышает размер пор геля. Гель экранирует поверхность иммобилизованных в нем клеток и препятствует их взаимодействию с исследуемыми микрообъектами.
Задачей заявленной полезной модели является возможность исследования взаимодействия различных микрообъектов с микрообъектами, иммобилизованными на биочипе.
Поставленная задача решается за счет того, что согласно полезной модели, на биочипе, содержащем подложку, имеющую тестовые участки с иммобилизованными в них микрообъектами и фоновые участки, не содержащие данных микрообъектов, иммобилизованные в тестовых участках микрообъекты расположены на плоскости и имеют свободные участки поверхности.
Иммобилизованные микрообъекты имеют размеры от 0,01 до 1000 мкм.
Иммобилизованные микрообъекты имеют биологическое происхождение.
Иммобилизованные микрообъекты находятся в морфофункциональном взаимодействии друг с другом.
Биочип содержит иммобилизованные микрообъекты биологического происхождения, подвергнутые искусственной обработке.
Иммобилизованные микрообъекты имеют искусственное происхождение.
Микрообъекты иммобилизованы непосредственно на подложке биочипа.
Микрообъекты иммобилизованы на подложке с помощью спейсеров, состоящих из одной или нескольких молекул.
Микрообъекты иммобилизованы на подложке посредством молекул антител или иных веществ, способных взаимодействовать с молекулами, находящимися на их поверхности, и связанных непосредственно с подложкой или с иммобилизованными на ней спейсерами.
На поверхности подложки иммобилизованы молекулы одного или нескольких веществ, ослабляющих связывание исследуемых объектов с материалом подложки.
В разных тестовых участках иммобилизованы микрообъекты разных типов.
В пределах одного тестового участка иммобилизованы микрообъекты одного типа.
Биочип имеет один или несколько тестовых участков, содержащих микрообъекты разных типов.
Биочип имеет один или несколько участков, указывающих на порядок считывания результата.
Биочип имеет разметку.
Подложка является прозрачной.
Биочип имеет участки контроля получаемого результата.
Биочип имеет приспособление для крепления в инкубационно-отмывочном устройстве.
Использование заявленной полезной модели позволяет исследовать с помощью биочипа взаимодействие между микрообъектами (например, клетками, искусственными аналогами клеток, липосомами, микрокапсулами, микросферами, вирусами), иммобилизованными на биочипе, и микрообъектами, находящимися в исследуемой суспензии. За счет использования прозрачной подложки становится возможным проведение микроскопического исследования в проходящем свете. Устройство биочипа предусматривает использование различных способов иммобилизации тестовых микрообъектов, обеспечивающих различную прочность и специфичность их связывания на подложке. Наличие приспособления для крепления делает более удобной фиксацию биочипа в инкубационно-отмывочном устройстве, например, в проточной камере. Иммобилизация молекул веществ, уменьшающих прочность связывания исследуемых микрообъектов с подложкой, позволяет уменьшить фоновое связывание и избежать искажения результатов.
Наличие разметки облегчает нахождение нужных участков при неавтоматизированном считывании результата. Наличие участков, указывающих на порядок считывания результата, позволяет избежать ошибок при осуществлении данного процесса.
Описание полезной модели поясняется следующими фигурами, где
на фиг.1 представлен общий вид биочипа (сверху,)
на фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1, схематически демонстрирующий молекулярную структуру поверхности биочипа и проходящий через тестовый участок, в котором микрообъекты иммобилизованы непосредственно на подложке,
на фиг.3 представлен разрез А-А на фиг.1, схематически демонстрирующий молекулярную структуру поверхности биочипа и проходящий через тестовый участок, в котором микрообъекты иммобилизованы на подложке с помощью связанных с ней спейсеров,
на фиг.4 представлен разрез А-А на фиг.1, схематически демонстрирующий молекулярную структуру поверхности биочипа и проходящий через тестовый участок, в котором микрообъекты иммобилизованы на подложке с помощью связанных с ней молекул, антител,
на фиг.5 представлен разрез А-А на фиг.1, схематически демонстрирующий молекулярную структуру поверхности биочипа и проходящий через тестовый участок, в котором микрообъекты иммобилизованы на подложке с помощью связанных с ней молекулярных конструкций, образованных молекулами спейсеров и антител,
на фиг.6 представлена схема, поясняющая принцип работы биочипа.
Биочип содержит прозрачную подложку 1 (фиг.1), на одной стороне которой находится рабочая область 2, а на обратной стороне нанесено прозрачное клейкое покрытие 3 (фиг.2), предназначенное для крепления биочипа в инкубационно-отмывочном устройстве (проточной камере). Рабочая область 2 (фиг.1) содержит тестовые участки (пятна биочипа) 4 с иммобилизованными микробъектами 5 (фиг.2-6) и фоновые участки 6 (фиг.1), не содержащие иммобилизованных микрообъектов. В рабочей области 2 находится также участок 7, указывающий на порядок считывания результата, и контрольные участки 8. На подложку 1 (фиг.2-6) нанесена разметка 9, обозначающая границы участков 4 (фиг.2-6) и участков 8 (фиг.2). В области участков 7 (фиг.1) на подложку 1 нанесен краситель.
В области фоновых участков 6 (фиг.2-6) на поверхности подложки 1 иммобилизованы молекулы 10 веществ (например, альбуминов), блокирующих сайты неспецифического связывания и ослабляющих прочность связывания исследуемых микрообъектов с подложкой биочипа. В меньшем количестве молекулы 10 также присутствуют на поверхности биочипа в области его пятен 4, где заполняют промежутки между микрообъектами 5 иммобилизованными непосредственно на подложке 1 (фиг.2), либо между молекулами 11 (фиг.3) или 12 (фиг.4) или состоящими из них молекулярными конструкциями (фиг.5), с помощью которых микрообъекты 5 фиксируются на подложке.
В тестовых участках 4 микрообъекты 5 иммобилизованы непосредственно на подложке 1 (фиг.2), либо связаны с иммобилизованными на ней спейсерами 11 (фиг.3) или молекулами 12 (фиг.4) антител или иных веществ, либо с молекулярными конструкциями, состоящими из молекул 11 и 12 (фиг.5). Молекулы 12 (фиг.4, 5) являются антителами или иными веществами (например, молекулами адгезии, рецепторами, лигандами) и способны связываться с молекулами, находящимися на их поверхности микрообъектов 5. Спейсеры 11 (фиг.3, 5) представляют собой молекулы или молекулярные конструкции, содержащие длинные линейные или разветвленные поли- или олигомерные участки, на концах которых находятся участки, обеспечивающие связывание с подложкой 1, с поверхностью микрообъектов 5 или с молекулами 12.
В качестве микрообъектов 5 (фиг.2-6) могут выступать различные объекты, в том числе объекты, имеющие биологическое происхождение (например, живые клетки, клетки, утратившие жизнеспособность, фрагменты клеток или их структурные компоненты, вирусы), объекты биологического происхождения, подвергнутые искусственной обработке (например, лиофилизации или обработке фиксирующими или инактивирующими веществами), а также объекты искусственного происхождения (например, искусственные аналоги клеток, а также липосомы, микрокапсулы, микросферы). Микрообъекты 5 имеют размеры от 0,01 до 1000 мкм. При этом форма микрообъектов 5 может быть любой.
В пределах одного тестового участка 4 могут находиться микрообъекты 5 одного типа или нескольких типов.
Между иммобилизованными микрообъектами 5 биологического происхождения (например, клетками) одного или нескольких типов, возможно морфофункциональное взаимодействие.
Выступающие в качестве микрообъектов 5 клетки могут образовывать синцитий.
На поверхности микрообъектов 5 находятся молекулы 13 (фиг.6) одного или нескольких типов, способные взаимодействовать с молекулами 14, находящимися на поверхности микрообъектов 15, исследуемых с помощью биочипа. За счет этих межмолекулярных взаимодействий происходит связывание исследуемых микрообъектов 15 с микрообъектами 5, иммобилизованными в тестовых участках 4.
Часть поверхности 16 (фиг.2-6) каждого из иммобилизованных микрообъектов 5 экранируется подложкой 1 (фиг.2) или связанными с ней молекулами 11 (фиг.3) или 12 (фиг.4) или состоящими из них молекулярными конструкциями (фиг.5), с помощью которых микрообъекты 5 иммобилизованы на подложке 1. Эта часть поверхности 16 (фиг.6) иммобилизованных микрообъектов 5 недоступна для взаимодействия с исследуемыми микрообъектами 15. В то же время, каждый из иммобилизованных микрообъектов 5 имеет свободный участок 17 поверхности (фиг.2-6), который ничем не экранирован и доступен для взаимодействия с исследуемыми микрообъектами 15 (фиг.6).
В рабочей области 2 биочипа имеются участки 8 (фиг.1) необходимые для контроля прочности связывания исследуемых микрообъектов 15 с биочипом (фиг.6). В участках 8 на подложке 1 иммобилизованы молекулы 18 антител или иных веществ, способных связываться с молекулами 14, находящимися на поверхности исследуемых микрообъектов 15, и обеспечивающих их связывание на поверхности биочипа с заданной прочностью.
Анализ с помощью биочипа осуществляют следующим образом. Биочип закрепляют в проточной камере и осуществляют его инкубацию с суспензией микрообъектов 15, например, клеток. После этого осуществляют отмывку биочипа от микрообъектов 15, пришедших в контакт с фоновыми участками 6. Затем поток жидкости останавливают и с помощью фотокамеры, установленной на микроскопе, получают микрофотографии каждого тестового участка 4. Далее определяют прочность связывания исследуемых микрообъектов 15 с микрообъектами 5, иммобилизованными на биочипе. Для этого над поверхностью биочипа в течение заданного времени вновь пропускают поток отмывающей жидкости, причем скорость потока жидкости увеличивают на определенную величину по сравнению со скоростью потока, имевшей место на предыдущем этапе. После чего вновь фотографируют все тестовые участки 4. Данную процедуру повторяют несколько раз до отрыва всех исследуемых микрообъектов из тестовых участков 4. На полученных при разных скоростях потока микрофотографиях тестовых участков 4 определяют количество исследуемых микрообъектов 15, связанных на участках заданной площади (плотность связывания). Для каждого тестового участка 4 определяют зависимость плотности связывания исследуемых микрообъектов 15, от скорости потока отмывающей жидкости. Получаемая зависимость позволяет охарактеризовать прочность связывания исследуемых микрообъектов 15 с микрообъектами 5. Зависимости, получаемые для тестовых участков 4, сравнивают с зависимостями, получаемыми для контрольных участков 8.
Возможен вариант выполнения исследования, при котором исследуемые микрообъекты 15 имеют флуоресцирующие метки. В этом случае для проведения исследования используют люминесцентный микроскоп.
Возможно также автоматизированное проведение получения изображений участков поверхности биочипа и обработки результата.