Разработка времяпролетного спектрометра для быстрой

Владимир Трухан, к.х.н.
Масс-спектрометрия - физический
метод измерения массы ионов
исследуемого вещества.
Метод позволяет проводить прямой массспектрометрический анализ белковой
фракции микробной клетки
Прямое белковое профилирование с помощью
MALDI-TOF масс-спектрометрии – новый
динамично развивающийся метод протеомной
характеристики микроорганизмов для быстрой
идентификации и внутривидовой
классификации патогенных микроорганизмов.
Цель проекта
• Создание отечественного лазерного массспектрометра и методики его применения для
быстрого и достоверного определения типа
микроорганизмов
• Данная задача актуальна для
– экспресс-анализа в критических случаях в
медицине
– Массового анализа проб (профилактическая и
диагностическая медицина)
– биологической безопасности, таможенный
контроль, криминалистика
– Научных исследований и разработки
лекарственных препаратов
Сравнение стоимости методов идентификации
микроорганизмов
Время
теста (час)
Стоимость
FTE долл.
США
Стоимость
материалов
долл. США
Общая
стоимость
долл. США
Rapid
biochemicals
0.10
4.14
0.29
4.43
Automated
biochemicals
0.14
5.79
9.59
15.38
Long Biochemicals
0.33
13.65
5.32
18.97
Sequencing
0.73
30.19
20.02
50.21
MALDI TOF
massspectrometry
0.05
2.07
0.24
2.21
Масс-спектрометрический MALDI анализ – новый метод, основанный
на лазерной масс-спектрометрии и разработанный в последнее
десятилетие, обладает высокой чувствительностью, возможность
экспресс-анализа (без инкубации), высокой достоверностью
определения –более 90%
Простота, которая делает этот метод привлекательным
Добавить
муравьиную кислоту
и органическую
матрицу
Этап 1: Подготовка образца
Этап 2: Регистрация спектра
анализируемого образца
Этап 3: Идентификация.
На идентификацию одного микроорганизма требуется меньше 2-х
минут времени, при этом образцом может служить первичная колония.
Как это работает
Собранные данные с анализатора
Детектор ионов
Ионизованный
аналит
Идентификация
патогена
ТОФ массанализатор
Аналитический
софт
Лазер
База данных масс-спектров микроорганизмов
Ионизацион
ная камера
Планшет
Времяпролетный
масс-спектрометр
Преимущества MALDI TOF MS :




Высокая чувствительность,
Короткое время анализа,
Минимальные затраты на приготовление образца,
Низкая стоимость расходных реагентов и материалов.
Потенциальные потребители продукции проекта
Коммерческие
и
государственные
лаборатории
лечебнопрофилактических и санитарно-профилактических учреждений
осуществляющие диагностику инфекционных заболеваний человека и
животных
Научно-исследовательские
учреждения,
проводящие
фундаментальные научные исследования, а также
стандартизацию
микробиологических коллекций: быстрое сравнение и классификация
штаммов из различных изолятов
Фармацевтические компании, ведущие разработки новых лекарств:
анализ и сравнение белковых профилей бактериальных штаммов,
устойчивых к лекарствам, для поиска новых мишеней фармакологического
воздействия
Пищевая промышленность: анализ присутствия нежелательных
микроорганизмов на ранних стадиях производства
Таможенные органы: оперативный контроль биологической опасности.
Объем рынка в России> 3 млрд. руб/год
Бренды MALDI TOF MS представленные в России
- Bruker, Shimadzu BioMerieux
Цены начинаются от 15 млн. руб
Преимущества продукции проекта:
 Практически ВСЕ ключевые элементы отечественного
производства
 Будет разработана собственная пополняемая база данных
микроорганизмов
 Стоимость приборов в 1.5-2 раза ниже зарубежных
аналогов
Научный задел и команда проекта
• Лаборатория масс-спектрометрии в энергетике и экологии ФИНЭПХФ
РАН им. В.Л. Тальрозе.
• Лаборатория лазерной диагностики Института Общей Физики РАН
• Научные группы Биологического Факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и
Первого Московского Государственного Медицинского Университета им.
И.М. Сечинова.
 Разработан прототип лазерного
времяпролетного масс-спектрометра
 Разработан прототип программного
обеспечения
Научный задел команды проекта
На данный момент имеется прототип компактного
времяпролетного электро-спрей (ES TOF) масс-спектрометра.
Перечень планируемых работ по созданию прибора
проведение полного цикла НИР и ОКР по доработке массспектрометра на основе разработанного прототипа ES TOF:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Разработка ионно-оптической схемы прибора
Разработка механической конструкции
Разработка и изготовление лазерной оптики и оптики наблюдения за мишенью
Разработка конструкции и изготовление шлюза для ввода - вывода мишени в
вакуум
Разработка устройства с быстрым АЦП для регистрации масс-спектров
Разработка компьютерной программы регистрации масс-спектров
Разработка, отладка и испытание электронных блоков питания, генераторов
импульсов, детектора, быстродействующих усилителей
Подготовка документации (схемы, чертежи, ГОСТ и.т.п.)
Испытания опытного экземпляра прибора
Разработка «кузова» (упаковки) и изготовление 1 опытного экземпляра
Создание базы данных патогенов;
Получение
регистрационного
удостоверения
на
изделие
медицинского назначения;
Выпуск опытной партии продукции, разработка технологической
документации на производство.
Основные стадии и результаты:
•
Этап 1 (2 года от старта проекта)
Разработка MALDI масс-спектрометра на базе на базе разработанного прототипа
с использованием ключевых элементов отечественного производства
Требуемые инвестиции - 45 млн. руб.
Результат: MALDI масс-спектрометр,
Линейный/Рефлектрон, Разрешение 3000/7000, диапазон
масс 400-50000, отечественный лазер, детектор ионов,
источник питания, ADC система
•
Этап 2 (3 года с момента старта проекта)
Создание базы данных масс-спектров микроорганизмов. Регистрация как
медицинского изделия
Требуемые инвестиции – 47 млн. руб.
• Результат: MALDI TOF масс-спектрометр для
молекуляроной диагностики