Настоящият проект е в областта на биофотониката и медицината. Поставени са две основни цели: 1) Проектиране и създаване на експериментално устройство (IR SPR спектрометър), осъществяващо SPR в близкия инфрачервен диапазон (1 – 2.5 μm), включително и преобразувател на взаимодействията, породени от реакцията на имобилизирани биомолекули или клетки със съответен аналит, в оптичен сигнал в IR диапазонa и 2) Изследване на възможността и приложимостта на IR SPR детекцията:
- на биомолекулярни взаимодейстивия: достигане на по-висока чуствителност и точност от тази във видимия диапазон – по добра от 100 fM;
- при имобилизирани клетки: регистриране на клетъчна пролиферация, цитопатологични и морфологични изменения на повърхността на клетъчната мембрана и в цитоплазмата на самата клетка, както и оценка на кинетиката на антивирусен ефект на фармакологични препарати в клетъчни култури и междуклетъчни взаимодействия.

Резултатите от неговото изпълнение имат директен приложен характер: ще позволят създаване на нова моделна система за оценка на биомолекулярни взаимодействия и скрининг на ефективността на новосинтезирани, както и утвърдени антивирусни препарати in vitro. В рамките на проекта ще бъде направена съпоставка с рутинни, валидирани клетъчно-базирани методи. Това ще даде възможност да се проучат молекулните механизми на инфектиране на клетката, клетъчния отговор и взаимодействието „вирус–клетка-гостоприемник“ и ще осигури бърз, широкоспектърен имунофармакологичен скрининг на редица новосинтезирани вещества с антивирусен потенциал и възможно адекватно противодействие на новопоявили се вируси, както и при възникване пандемия.

Изследването на възможността включва установяване на ефективността с която изследваните реакции се преобразуват във физически измерима величина. В нашия случай това става с помощта на дифракционна решетка, в която се възбужда IR SPR, a измеримата величина е “спектрално отместване”. Изследването на възможността включва и разработване на методите за ефективна имобилизация на клетки. Изследването на приложимостта включва установяване на точност, чувствителност, долна граница на детектиране (limit of detection LOD), както и способност за детектиране на взаимодействия свързани с промени в клетъчната мембрана и цитоплазмата.

Подходът за осъществяване на първата цел се базира на съчетаването на теоретично моделиране, изработване и експериментална проверка на преобразувателя. В предварителните изследвания, чрез моделиране с подходящ софтуер, се доказа възможността за възбуждане на IR SPR в метализирани решетки. Необходима е оптимизация на параметрите на решетките, която предполага моделиране влиянието на многослойни метални и диелектрични покрития върху характеристиките на IR SPR. Това ще се извърши със софтуер, който предстои да бъде купен. Изработването на метализираните дифракционни решетки ще се извършва в базовата организация, където вече е нарупан богат опит в областта. Проектирането на оптическата част на експерименталното устройство ще се извърши с ZEMAX, a механичнaта част (гониометър) е налична.

Подходът за създаване на високочувствителен метод, базиран на взаимодействието между имобилизирани биомолекули или клетки с подходящ аналит, се основава на регистрацията му чрез IR светлина. Подходът за успешна имобилизацията на разпознаващи молекули се базира на метода MAPLE [1-3], осигуряващ пряка имобилизация (без наличие на молекули-посредници). Методът е апробиран при имобилизация на хемоглобин, миоглобин, антитела и антигени с прецизно контролиране дебелината на молекулните слоеве при запазване на биоактивността на молекулите [1-3]. От този процес зависи чувствителността на детектиране. Предвид опита, който имаме при детекция във видимата област, ще бъде лесно да оценим параметрите на детекция в IR областта.

Ефективността на описаните подходи е доказана до момента, чрез нашата изследователска дейност при SPR детекция във видимата област или чрез моделни експерименти. При IR SPR изследванията, съчетаването с известни клетъчно-базирани изследвания може да се установи надеждно чувствителността на детекция и да отговори на фундаменталните въпроси, свързани с молекулните механизми на инфектиране на клетката, клетъчния отговор в резултат на взаимодействието „вирус – клетка-гостоприемник“ и ще осигури бърз скрининг на новосинтезирани вещества с антивирусен потенциал.

Иновативността, се изразява в интердисцилинарността на проекта: обединяване на различни методологии, методи и техники на изследване, присъщи на клетъчната биология, приложната вирусология и физиката, в опит за решаване на един фундаментален проблем, какъвто е взаимодействието „вирус – инфектирана клетка - гостоприемник“.