Молекулярно импринтированные полимеры на молекулы белковой природы

Получение полимеров, содержащих отпечатки высокомолекулярных биомолекул, с последующим их использованием для аналитического применения в настоящее время является бурно развивающимся направлением научных исследований.
Основные преимущества молекулярно импринтированных полимеров:
 стабильность;
 невысокая стоимость;
 возможность получения специфического сорбента практически для любой молекулы.
____________________________
Синтез полимеров, способных к распознаванию молекул белковой природы, относится к импринтингу биологических объектов, который в свою очередь имеет большое значение, как для исследовательских целей, так и медицинской диагностики и терапии. Однако при попытке приготовить молекулярно импринтированный полимер на белок возникает ряд трудностей, а именно низкая растворимость и стабильность белка в нефизиологических условиях, что требует проведения синтеза в водных средах или в средах, обеспечивающих сохранность молекулы-шаблона. А также дополнительные требования к структуре формируемого полимера накладывают размер и пространственная организация макромолекулярного шаблона. Поэтому перенос стандартных подходов как ковалентного, так и нековалентного импринтинга для маленьких молекул на биологические макромолекулы имеет некоторые ограничения. Например, наиболее распространенный способ синтеза МИПов на основе метакрилата, позволяющий, меняя функциональный реагент, получать МИПы на различные молекулы, совсем не подходит для импринтинга биологических объектов, так как условия полимеризации слишком жесткие, а структура формируемого полимера не обеспечивает доступности сайтов связывания МИПа для взаимодействия с макромолекулярным шаблоном.
________________________________________-
Одним из важных примеров использования МИПов является селективное обнаружение амилоидных пептидов в крови человека [95]. Накопление ненормально свёрнутых белков — бета-амилоида и тау-белка в тканях мозга приводит к развитию болезни Альцгеймера, поэтому необходимо иметь возможность вовремя детектировать наличие данных соединений. МИПы на некоторые амилоидные пептиды получали в формате обычной полимеризации в массе. В качестве молекул-шаблонов использовали ацетилированные гексапептиды, функциональным мономером выступал 2-аминоэтилметакрилат, а сшивающим реагентом - дивинилбензол. Шаблон удаляли с помощью промывки метанолом, затем измельчали и просеивали до конечного размера. Перед применением переосаждали в смеси метанол/вода (80/20) для удаления мелких частиц.

Молекулярный импринтинг. Способы получения молекулярно импринтированных полимеров
Получение полимеров, содержащих отпечатки высокомолекулярных биомолекул, с последующим их использованием для аналитического применения в настоящее время является бурно развивающимся направлением научных исследований.
Основные преимущества молекулярно импринтированных полимеров:
• стабильность;
• невысокая стоимость;
• возможность получения специфического сорбента практически для любой молекулы.
Молекулярно импринтированные полимеры уже сейчас применяют для различных целей: например, выделения соединений в индивидуальном виде [10, 11, 12, 13], в качестве искусственных антител или рецепторов [14, 15, 16, 17], для катализа химических реакций [18, 19, 20, 21], как распознающий элемент в биосенсорах [22, 23, 24, 25].
...

Молекулярно импринтированные полимеры на белки
Синтез полимеров, способных к распознаванию молекул белковой природы, относится к импринтингу биологических объектов, который в свою очередь имеет большое значение, как для исследовательских целей, так и медицинской диагностики и терапии. Однако при попытке приготовить молекулярно импринтированный полимер на белок возникает ряд трудностей, а именно низкая растворимость и стабильность белка в нефизиологических условиях, что требует проведения синтеза в водных средах или в средах, обеспечивающих сохранность молекулы-шаблона. А также дополнительные требования к структуре формируемого полимера накладывают размер и пространственная организация макромолекулярного шаблона. Поэтому перенос стандартных подходов как ковалентного, так и нековалентного импринтинга для маленьких молекул на биологические макромолекулы имеет некоторые ограничения.
...

Некоторые примеры применения МИПов
Диагностика
Одним из важных примеров использования МИПов является селективное обнаружение амилоидных пептидов в крови человека [95]. Накопление ненормально свёрнутых белков — бета-амилоида и тау-белка в тканях мозга приводит к развитию болезни Альцгеймера, поэтому необходимо иметь возможность вовремя детектировать наличие данных соединений. МИПы на некоторые амилоидные пептиды получали в формате обычной полимеризации в массе. В качестве молекул-шаблонов использовали ацетилированные гексапептиды, функциональным мономером выступал 2-аминоэтилметакрилат, а сшивающим реагентом - дивинилбензол. Шаблон удаляли с помощью промывки метанолом, затем измельчали и просеивали до конечного размера. Перед применением переосаждали в смеси метанол/вода (80/20) для удаления мелких частиц.
...

Заключение
На сегодняшний день технология молекулярного импринтинга является прогрессирующей, число публикаций и патентов растет с каждым годом. Интерес обусловлен простотой и дешевизной их получения. Кроме того молекулярно импринтированные полимеры находят применение не только в научных целях, а также в химической и фармацевтической промышленности, диагностике. МИПы являются отличными альтернативными сорбентами для изготовления лекарственных препаратов, поскольку позволяют не только выделять нужное соединение из смеси с другими соединениями, а также из рацемической смеси изомеров. Хорошей заменой природным ферментам могут стать МИПы, обладающие каталитическими свойствами.
Однако, несмотря на то, что исследователи уже достигли несомненных успехов в разработке МИП-технологий, многие проблемы остаются до сих пор нерешенными.
...

1. М. В. Поляков, 3. 3. Высоцкий, В. В. Стрелко, П. П. Гущин. Способ получения органосиликагеля // Патент СССР № 89552423-4. 1965. Бюл. №10.
2. Dr. H. Erlenmeyer. Filtermaterial auf basis kieselgel zur adsorbierung von nikotin aus tabakrauch // DE Patent 1218918. 1965.
3. G. Wulff, A. Sarhan. Method of preparing polymers analogous to enzymes// US Patent 4111863. 1978.
4. K. Mosbach, L. Andersson, B. Sellergren. Phenylalanine ethyl ester selective polymer - produced by molecular imprinting of rigid crosslinked polymer // SE Patent 8404967. 1986.
5. K. Mosbach, M. Staahl, M. Maansson. Synthesis of D-amester inoacid in an organic solvent - using chymotrypsin modified by bio-molecular imprinting method // SE Patent 8904215. 1991.
6. K. Mosbach. Preparation of synthetic enzymes and synthetic antibodies and use of the thus prepared enzymes and antibodies // US Patent 5110833. 1992
7. N. Afeyan, L. Varady, F. Regnier. Molecular imaging method // WO Patent 9319844. 1993.
8. M. Glad, M. Kempe, K. Mosbach. Selective affinity material, preparation thereof by molecular imprinting, and use of the same // WO Patent 9305068. 1993.
9. P. Korhonen, B. Ekberg, L. Hietaniemi. Separation of amino acids, amino-acid-based monomer, and process for the preparation thereof, as well as polymer material and process for the preparation thereof // US Patent 5541342. 1996.
10. M. Andreou, D. Raymond, J. Nagler. Device for detection and measurement of a target compound such as a food toxin // WO Patent 2006123189. 2006.
11. J. Belbruno, M. Kelm. Molecularly imprinted polymer for wine extraction // WO Patent 2013056226. 2013.
12. R. Weiss, B. Mizaikoff. Solid mycoctoxin carriers // WO Patent 03101580. 2003.
13. Пат. 2356621 Российская Федерация, МПК7 B01J20/06, A62D3/00. Способ получения настраиваемых сорбентов на основе полимеров с молекулярными отпечатками / В. В. Гришин, С. В. Мензеленко, В. Г. Силаев, Е. Ю. Скоблилов; заявитель и патентооблада-тель ОАО "МАПО-ФОНД" – опубл. 10.01.08.
14. K. Mosbach, L. Ye. Generation of compound libraries utilizing molecular imprints including a double or anti-idiotypic approach // US Patent 2012129730. 2012.
15. K. Mosbach, O. Ramstrom, L. Ye. Materials for screening of combinatorial libraries // US Patent 2008248961. 2008.
16. K. Mosbach, G. Vlatakis, L. Andersson, R. Mueller. Artificial antibodies, method of producing the same and use thereof // US Patent 7205162. 2007.
17. K. Mosbach. Preparation and application of artificial anti-idiotypic imprints // EP Patent 0743870. 2000.
18. J. Belbruno, S. Tanski. Airborne contaminant sensor device and method for using the same // US Patent 2013040399. 2013.
19. F. Bright. Site selectively tagged and templated molecularly imprinted polymers for sensor applications // US Patent 2010233828. 2010.
20. K. Chenon, A. Hall, R. Karmalkar, B. Sellergren. Functional monomers for molecular recognition and catalysis // WO Patent 2001055095. 2001.
21. T. Takeuchi. Molecule recognition polymer enabling reconstruction of recognition field for target molecule and method of producing the same // EP Patent 1767551. 2007.
22. D. Burns, D. Troiani, J. Dion. Ultrasound Molecular Sensors and Uses Thereof // US Patent 2009299190. 2009.
23. X. Li, R. Shashidhar, Y. Ma. Molecular imprinted nanosensors // US Patent 2013092547. 2013.
24. I. Nicholls.; K. Nilsson-Ekdahl. Molecular imprints // WO Patent 2011071447. 2011.
25. L. Kalle, Y. Bin, Z. Yanxiu. Surface imprinting: integration of molecular recognition and transduction // WO Patent 2005003716. 2005.
26. B. Sellergren, C. Sulitzky, B. Rueckert. New molecularly imprinted polymers grafted on solid supports // WO Patent 0119886. 2001.
27. K. Mosbach, L. Ye, P. A. G Cormack. Molecularly imprinted microspheres prepared using precipitation polymerisation // WO Patent 0041723. 2000.
28. J. Kristensen, K. Nielsen, N. Krogh. Improved preparation of molecular imprinted polymers // WO Patent 2007095949. 2007.
29. , L. R. Jones. Molecularly imprinted polymers for detecting microorganisms // EP Patent 2303927. 2011.
30. G. Tovar, D. Vaihinger, I. Kraeuter, A. Weber, H. Brunner, M. Herold. Improved microgels and films // WO Patent 0202647. 2002.
31. C. Perollier, K. Naraghi, S. Bayoudh. Analysis kit comprising at least two molecularly imprinted polymers and at least one marker, and method of analysis using same // WO Patent 2008132384. 2008.
32. H. Andersson, G. Elska, I. Nicholls, O. Piletska, S. Piletsky, A. F. Turner. Molecularly imprinted polymers produced by template polymerization // US Patent 6852818. 2005.
33. J. Billing, H. Björk, A. Rees, E. Yilmaz. Imprinted polymers // US Patent 8252876. 2012.
34. B. Rueckert, B. Sellergren, C. Sulitzky. New molecularly imprinted polymers grafted on solid supports // WO Patent 2001019886. 2001.
35. D. A. G. Friour, O. K. Haupt, C. Poncelet, C. Poul. Molecular imprinted material and inkjet recording element comprising said molecular imprinted material // WO Patent 2006029727. 2006.
36. M. Petcu. Imprinted polymer for binding organic molecules or metal ions // WO Patent 2006001721. 2006.
37. B. Sellergren, G. Buechel. A porous, molecularly imprinted polymer and a process for the preparation thereof // WO Patent 0132760. 2001.
38. C. Perollier, S. Bayoudh. Molecularly imprinted polymers for the recognition of glutathione gsh, methods for preparing same and uses thereof // US Patent 2010234565. 2010.
39. J. Billing, H. Bjoerk, A. Rees, E. Yilmaz. Imprinted polymers // WO Patent 2008107271. 2008.
40. A. Katz, M. E. Davis. Amorphous silica having discrete voids and spatially organized functionalities formed therein // US Patent 6380266. 2002.
41. K. Mosbach, A. I. Nicholls, O. Ramström. Use of molecularly imprinted polymers for stereo- and/or regioselective synthesis // EP Patent 0675898. 2001.
42. A. Krozer, K. Reimhult, B. Loefving, B. Malm, L. Ye, K. Yoshimatsu. Customized molecularly imprinted polymer (mip) units // US Patent 2012045838. 2012.
43. S. Bernard Green. Selective covalent-binding compounds having therapeutic diagnostic and analytical applications // EP Patent 1385988. 2004
44. N. A. Peppas, E. Perez-Herrero. Protein Imprinting by Means of Alginate-Based Polymers // US Patent 20120276386. 2012.
45. K. Mosbach, C. Yu. Amide containing molecular imprinted polymers // EP Patent 0988544. 2000.
46. P. I. Dorovskoy, P. J. Gluckman, M. F. Hardy, G. A. Kalivretenos, R. Trower, A. K. V. Houten. Molecularly-imprinted polymeric materials for visual detection of explosives // EP Patent 2373707. 2011.
47. S. Minteer, J. Ulyanova. Drug delivery from electroactive molecularly imprinted polymer // US Patent 8252045. 2012.
48. R. H. Ala Al-Obaidi, D. Mcstay, J. P. Quinn. Raman technique for detecting molecular interactions in molecularly imprinted polymers // WO Patent 2002008735. 2002.
49. W. T. M. Hearn, S. Langford, K. L. Tuck, S. Harris, R. I. Boysen, V. T. Perchyonok, B. Danylec, L. Schwarz, J. Chowdhury. Molecularly imprinted polymers // WO Patent 2010085851. 2010.
50. B. Chen, M. R. Day, O. Piletska, S. Piletsky, S. Subrahmanyam, A. P. F. Turner. Computer assisted process for the preparation of molecularly imprinted polymers // EP Patent 1263824. 2005.
51. T. Norton. Droplet polymerization method for synthesis of molecularly imprinted polymers // US Patent 20020198349. 2002.
52. J. J. Belbruno, S. E. Tanski. Airborne Contaminant Sensor Device and Method for Using the Same // US Patent 20130040399. 2013.
53. K. Levon, B. Yu, Y. Zhou. Surface imprinting: integration of molecular recognition and transduction // WO Patent 2005003716. 2005.
54. B. Chaloner-Gill, L. Liu, C. Sprout, R. Valluzzi. Particulate chiral separation material // WO Patent 2007075608. 2007.
55. M. G. Murray. Molecularly imprinted polymer based sensors for the detection of narcotics // WO Patent 2001077672. 2001.
56. S. Bhattacharyya, K. Mcadam, A. Rees, B. Sellergren, C. Widstrand. Molecularly imprinted polymers selective for nitrosamines and methods of using the same // WO Patent 2005112670. 2005.
57. S. Mohapatra, C. Wang. Molecularly imprinted polymers having affinity for natriuretic peptides // WO Patent 2012138429. 2012.
58. H. G. Chua, K. H. Ker, N. Sankarakumar, C. J. Tan, Y. W. Tong. Nanostructures, methods of preparing and uses thereof // WO Patent 2009085016. 2009.
59. S. Jonsson, S. Bergstrom, J. Billing. A method for removing polycyclic aromatic hyrdrocarbons // WO Patent 2009156763. 2009.
60. S. A. Piletsky, L. R. G. Antonio, J. M. Whitcombe. Preparation of molecularly imprinted polymers // WO Patent 2011067563. 2011.
61. C. D. H. Byrd, A. R. Gerardi. Molecularly imprinted polymers for treating tobacco material and filtering smoke from smoking articles // US Patent 20120291793. 2012.
62. G. M. Murray, A. F. Mason, JR. E. W. Ott. Molecularly Imprinted Polymer Sensing Method // US Patent 20120288944. 2012.
63. P. Kofinas, D. Janiak. Imprinted polymeric materials for binding various targets such as viruses // US Patent 2008241185. 2008.
64. A. Hall, B. Sellergren. Imprinting using dendrimers as templates // EP Patent 1786856. 2007.
65. G. M. Murray. Polymer based permeable membrane for removal of ions // US Patent 6780323. 2004.
66. V. Wendel, O. Brüggemann, A. Ptock. Cosmetic preparations based on molecularly imprinted polymers // US Patent 20130085186. 2013.
67. G. M. Murray, K. A. V. Houten, G. E. Southard. Process for preparing molecularly imprinted polymer ion exchange resins // US Patent 8058208. 2011.
68. P. A. G. Cormack, K. Haupt, K. Mosbach, O. Ramstrom. Methods for direct synthesis of compounds having complementary structure to a desired molecular entity and use thereof // US Patent 6127154. 2000.
69. F. Grynszpan, E. Partouche, V. Shkoulev, A. Aizikovich, S. Gazal, R. Nakash-Ozeri, I. Zigelboim. Molecularly imprinted smart polymers (MISPS) // WO Patent 2010029541. 2010.
70. T. Takeuchi. Molecular recognition polymer enabling reconstruction of recognition field for target molecule and method of producing the same // US Patent 20090053825. 2009.
71. Пат. 2385889 Российская Федерация, МПК7 C09D163/02, C09D5/08. Способ получения молекулярно-импринтированного полимера / Е. В. Дмитриенко, И. А. Пышная, А. В. Рогоза, Д. В. Пышный: заявитель и патентообладатель Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. – опубл. 25.08.08.
72. N. J. Caulfield, V. Krukonis, J. D. Lawrence, H. Schonemann, J. B. Waibel. Nylon extraction from commingled materials // WO Patent 201010157. 2012.
73. A. Couzis, J. Morris, D. A. Shah, V. Shete. Method for making polyamide particles // EP Patent 2496634. 2012.
74. S. M. Mckinnon. Solvent-based recovery and recycle of polyamide material // WO Patent 2001094457. 2001.
75. T. Hatano, H. Tajima, M. Takahashi, L. Xiao. Immobilization Vehicle, Method of Treating Vehicle and Continuous Vehicle Treating Apparatus // US Patent 20080200575. 2008.
76. J. J. Belbruno, J. U. Gibson, E.G. J. Lipson, N. M. Wybourne. Molecularly imprinted polymer sensor systems and related methods // WO Patent 2008045596. 2008.
77. G. Tepper, D. Pestov, N. Levit, G. Wnek. Molecular imprinting of small particles, and production of small particles from solid state reactants // US Patent 7442754. 2008.
78. M. Ulbricht, S. Piletski, U. Schedler, H. Matuschewski. Template-textured materials, methods for the production and use thereof // US Patent 6670427.2003.
79. J. S. Kristensen, K. G. Nielsen, N. O. Krogh. Preparation of molecular imprinted polymers // US Patent 8287908. 2012.
80. W. Meathrel, B. Wagner. Molecularly imprinted polymer and use thereof in diagnostic devices // WO Patent 2007002237. 2007.
81. M. Hearn, J. M. Chowdhury, R. I. Boysen, Y. B. Banti. Molecularly imprinted polymers, methods for their production and uses thereof // WO Patent 2011014923. 2011.
82. K. J. Svenning, N. K. Gregorius, K. N. Otto. Preparation of molecular imprinted polymers // US Patent 2009104277. 2009.
83. H. Chin-Shiou. Molecular impriniting compositions and methods for binding and analyzing macromolecules // WO Patent 0161355. 2001.
84. S. Hjerten, J. Liao. Selective recognition of solutes in chromatographic media by artificially created affinity // US Patent 5814223. 2000.
85. H. Zichun, Z. Min. Process for preparing protein molecule imprinted polymer and its application in biological engineering // CN Patent 1356337. 2002.
86. J. S. Kenneth, R. H. Bradley. Molecular imprinting for the recognition of peptides in aqueous solution // US Patent 6525154. 2003.
87. H. Chen, L. Ding, Y. Wang, M. Xu. Chitosan and metal copper ion complex protein-imprinted polymer and preparation method thereof // CN Patent 101724097. 2010.
88. Y. Hoshino, J. S. Kenneth. Imprinted polymer nanoparticles // WO Patent 2010081076. 2010.
89. A. Weber, T. Schiestel, G. Tovar, H. Brunner, S. Rupp, N. Hauser. Improved structured-functional bonding matrices for biomolecules // WO Patent 2003056336. 2003.
90. K. Faid, C. Py, F. Bensebaa. Molecularly-Imprinted Chemical Detection Device And Method // WO Patent 2004074834. 2004.
91. I. Willner, R. Tel-Vered, H. B. Yildiz. Photochemical electrode, construction and uses thereof // US Patent 20110094582. 2011.
92. M. Riskin, R. Tel-Vered, I. Willner. Method and Device for Detection of Nitroamines // US Patent 20120264222. 2012.
93. B. Sellergren, M. M. Tittirici. Polymer Films // US Patent 2008033073. 2008., A. Hall, B. Sellergren, M. Titirici. [Surface Imprinting Using Solid Phase Synthesis Products as Templates] // US Patent 20050171334. 2005.
94. R. Advincula, R. B. Pernites. Sensors and separation based on molecular recognition via electropolymerization and colloidal layer templates // US Patent 20120263922. 2012.
95. B. Sellergren, A. C. S. Antunes; R. J. Urraca, E. Schillinger. Polymeric complements to b-amyloid peptides // WO Patent 2012013617. 2012.
96. Hearn Milton T. W., Chowdhury Jamil M., Boysen Reinhard Ingemar, Banti Yididya B. Molecularly imprinted polymers, methods for their production and uses thereof // US Patent 2012225962. 2012.
97. J. A. Glasel, C. J. Freeman. Food Pathogen Sensor Using Molecularly Imprinted Polymers // WO Patent 2004020655. 2004.