Daktaro disertacijoje apibendrintų mokslinių tyrimų tikslas - pritaikyti aukso nanodaleles, skirtingas gliukozės oksidazes bei elektrai laidų polimerą polipirolą elektrodo modifikavimui bei gliukozės amperometriniam nustatymui biologiniais jutikliais. Aukso nanodalelės (AuND) imobilizuotos grafito elektrodo paviršiuje kartu su tirpiu elektronų pernašos tarpininku užtikrina efektyvesnę elektronų pernašą nuo gliukozės oksidazės (GOx) aktyvaus centro elektrodui fermentinės gliukozės oksidacijos metu. Naudojant AuND modifikuotus elektrodus amperometriniais biologiniais jutikliais registruojami apie 2 kartus didesni maksimalūs analiziniai signalai lyginant su elektrodu be AuND. Biologinių jutiklių tiesinės priklausomybės nuo substrato koncentracijos intervalas yra iki 10 mmol/L gliukozės ir aptikimo riba 0,08 mmol/L analitės. Po 66 dienų biologiniu jutikliu naudojančiu elektrodą modifikuotą GOx užregistruotas analizinis signalas sudarė 43 % pradinės signalo reikšmės, tuo tarpu naudojant 13,0 nm AuND ir GOx jutiklio analizinis signalas sudarė tik 22 % pradinės reikšmės. AuND esančios tiriamajame tirpale užtikrina efektyvesnę elektronų pernašą nuo gliukozės oksidazės aktyviojo centro elektrodui, kai jų koncentracija yra nuo 0,01 iki 0,60 nmol/L ir tirpale yra N-metilfenazino metosulfato. Naudojant 13,0 nm skersmens AuND, biologinio jutiklio aptikimo riba yra 0,05 mmol/L gliukozės, o tiesiškumo intervalas nuo 0,1 iki 10 mmol/L substrato. Taip pat nustatyta, kad kuo didesnė AuND... [toliau žr. visą tekstą] / The amperometric and voltammetric biosensors, based on gold nanoparticles, were designed and applied for biochemical, clinical and environment applications. Electrochemical biosensors are very selective, sensitive, fast and reusable. Gold, silver, platinum and SiO2 particles in the range 1–100 nm often provide an ideal remedy for immobilized enzymes with minimum diffusion limitations, promotion of electrochemical reaction, maximum surface area per mass unit and high effective achievement of enzymes direct wiring to electrode surface. Also, nanoparticles increase electron transfer rate between enzyme and an electrode surface. The aim of the work was to to apply different size nanoparticles, different glucose oxidases and electroconductive polymer polypyrrole for graphite electrode modification and determine the analytical characteristics of enzymatic biosensors for determination of glucose. It is established, that gold nanoparticles immobilized on graphite electrode with electron transfer mediator provide more effective electron transfer from glucose oxidase to electrode. Also, gold nanoparticles present in solution provide more effective electron transfer from enzyme to electrode when concentration of gold nanoparticles is ˂ 0.06 nmol/L and concentration of electron transfer mediator PMS is 2 mmol/L. The higher concentrations of nanoparticles in the solution make the electron transfer in the same system less efficient if compared with lower concentrations of nanoparticles... [to full text]

The objectives of the doctoral thesis are following: (i) to design carbohydrate/oxygen enzymatic biofuel cells (EBFCs); (ii) to determine the factors limiting the performance of EBFCs; (iii) to characterise the bioelectrochemical properties of the enzymes adsorbed at conductive nanostructures and evaluate the viscoelasticity of these nanostructures. In this work 5-amino-1,10-phenanthroline (5AP) has been found to be the best redox mediator for glucose oxidase (GOx) enzyme among five studied phenanthroline derivatives with different functional groups. Later the 5AP cross-linked with GOx enzyme on a graphite rod electrode (GRE) was employed as an anode while GRE with co-immobilised horseradish peroxidase (HRP) and GOx was exploited as a cathode in order to design a glucose powered EBFC. A positively charged bi-functional thiol, N-(6-mercapto)hexylpyridinium (MHP), was exploited to electrostatically attach the cellobiose dehydrogenase (CDH) enzymes from Corynascus thermophilus (CtCDH) and Humicola insolens (HiCDH) to the gold nanoparticle (AuNP) surface. This coupling enabled a sufficient direct electron transfer between the enzymes and the AuNP-modified gold surface. Therefore, the HiCDH enzyme, showing better performance characteristics, was employed as an anodic biocatalyst in the designing of a mediatorless carbohydrate (glucose or lactose)/oxygen EBFC. The biocathode of the EBFC was based on bilirubin oxidase from Myrothecium verrucaria directly immobilised on the surface... [to full text] / Disertacinio darbo tikslai: (i) sukonstruoti fermentinius angliavandenių/deguonies biokuro elementus (FBKE); (ii) nustatyti FBKE veikimą ribojančius faktorius; (iii) apibūdinti fermentų, adsorbuotų laidžiose nanostruktūrose, bioelektrokatalizines charakteristikas ir įvertinti šių nanostruktūrų viskoelastines savybes. 5-amino-1,10-fenantrolino (5AF) junginys, iš penkių šiame darbe tirtų fenantrolinų junginių besiskiriančių funkcinėmis grupėmis, įvertintas kaip geriausias elektronų pernašos (EP) tarpininkas gliukozės oksidazės (GO) katalizuojamoje heterogeninėje reakcijoje. 5AF junginys kartu su GO fermentu (5AF/GO) buvo panaudotas anodinio elektrodo konstrukcijoje, o atitinkamai bifermentinė krienų peroksidazės (KP) ir GO sistema (KP/GO) – katodinio elektrodo konstrukcijoje. Šie elektrodai panaudoti gliukozės FBKE kūrimui. Teigiamą krūvį turintis bifunkcinis tiolinis N-(6-merkapto)heksilopiridinio (MHP) junginys panaudotas fermentų imobilizacijai aukso nanodalelių (AuND) paviršiuje elektrostatinės sąveikos būdu. AuND paviršiuje imobilizuoti celiobiozės dehidrogenazės (CDH) fermentai, išskirti iš Corynascus thermophilus (CtCDH) ir Humicola insolens (HiCDH) kamienų, sudarė fermentas-AuND sąsają įgalinančią tiesioginę EP. HiCDH fermentas kaip biokatalizatorius pritaikytas anodinio elektrodo konstrukcijoje AuND/MHP/HiCDH kuriant tiesiogine EP paremtus angliavandenių (gliukozės, laktozės)/deguonies FBKE. Bilirubino oksidazė (BO), tiesiogiai imobilizuota AuND paviršiuje (AuND/BO)... [toliau žr. visą tekstą]

Disertacinio darbo tikslai: (i) sukonstruoti fermentinius angliavandenių/deguonies biokuro elementus (FBKE); (ii) nustatyti FBKE veikimą ribojančius veiksnius; (iii) apibūdinti fermentų, adsorbuotų laidžiose nanostruktūrose, bioelektrokatalizines charakteristikas ir įvertinti šių nanostruktūrų viskoelastines savybes. 5-amino-1,10-fenantrolino (5AF) junginys, iš penkių šiame darbe tirtų fenantrolinų junginių besiskiriančių funkcinėmis grupėmis, įvertintas kaip geriausias elektronų pernašos (EP) tarpininkas gliukozės oksidazės (GO) katalizuojamoje heterogeninėje reakcijoje. 5AF junginys kartu su GO fermentu (5AF/GO) buvo panaudotas anodinio elektrodo konstrukcijoje, o atitinkamai bifermentinė krienų peroksidazės (KP) ir GO sistema (KP/GO) – katodinio elektrodo konstrukcijoje. Šie elektrodai panaudoti gliukozės FBKE kūrimui. Teigiamą krūvį turintis bifunkcinis tiolinis N-(6-merkapto)heksilopiridinio (MHP) junginys panaudotas fermentų imobilizacijai aukso nanodalelių (AuND) paviršiuje elektrostatinės sąveikos būdu. AuND paviršiuje imobilizuoti celiobiozės dehidrogenazės (CDH) fermentai, išskirti iš Corynascus thermophilus (CtCDH) ir Humicola insolens (HiCDH) kamienų, sudarė fermentas-AuND sąsają įgalinančią tiesioginę EP. HiCDH fermentas kaip biokatalizatorius pritaikytas anodinio elektrodo konstrukcijoje AuND/MHP/HiCDH kuriant tiesiogine EP paremtus angliavandenių (gliukozės, laktozės)/deguonies FBKE. Bilirubino oksidazė (BO, tiesiogiai imobilizuota AuND paviršiuje (AuND/BO)... [toliau žr. visą tekstą] / The objectives of the doctoral thesis are following: (i) to design carbohydrate/oxygen enzymatic biofuel cells (EBFCs); (ii) to determine the factors limiting the performance of EBFCs; (iii) to characterise the bioelectrochemical properties of the enzymes adsorbed at conductive nanostructures and evaluate the viscoelasticity of these nanostructures. In this work 5-amino-1,10-phenanthroline (5AP) has been found to be the best redox mediator for glucose oxidase (GOx) enzyme among five studied phenanthroline derivatives with different functional groups. Later the 5AP cross-linked with GOx enzyme on a graphite rod electrode (GRE) was employed as an anode while GRE with co-immobilised horseradish peroxidase (HRP) and GOx was exploited as a cathode in order to design a glucose powered EBFC. A positively charged bi-functional thiol, N-(6-mercapto)hexylpyridinium (MHP), was exploited to electrostatically attach the cellobiose dehydrogenase (CDH) enzymes from Corynascus thermophilus (CtCDH) and Humicola insolens (HiCDH) to the gold nanoparticle (AuNP) surface. This coupling enabled a sufficient direct electron transfer between the enzymes and the AuNP-modified gold surface. Therefore, the HiCDH enzyme, showing better performance characteristics, was employed as an anodic biocatalyst in the designing of a mediatorless carbohydrate (glucose or lactose)/oxygen EBFC. The biocathode of the EBFC was based on bilirubin oxidase from Myrothecium verrucaria directly immobilised on the surface... [to full text]

Emerging evidence has shown that the capacity of a tumor to grow and propagate is dependent on a small subset of cells, termed “cancer stem cells“. Conventional treatments, however, may miss the cancer stem cells, which have been shown in several tumor types to be more resistant to standard chemotherapeutic agents, because the cancer stem cell survives and regenerates the neoplasm. The aim of this study was to investigate the applicability of quantum dots in detection and eradication of cancer stem cells. The properties of stem cells were inestigated in breast, pancreatic, ovarian cancer and melanoma cells. The accumulation and distribution of quantum dots was assessed by the means of laser scanning confocal and fluorescence lifetime imaging microscopy. It was shown, that anti-CD44 and quantum dot conjugates are internalized selectively inside CD44+ cells, while anti-CD44 and organic dye FITC conjugates remained attached to cell membrane for at least 24 hours. Moreover, the complex of quantum dot (QD) and photosensitizer chlorin e6 (Ce6) accumulates inside cells and initiate cell death upon QD-directed exposure of 470 nm irradiation. These results show the capability of quantum dots not only to detect and internalize stem-like cells but also to carry the therapeutic agent inside cells without losing its activity. / Pastaruoju metu vis gausėja įrodymų apie vėžyje esančią nedidelę subpopuliaciją, pavadintą „vėžio kamieninėmis ląstelėmis“. Teigiama, jog būtent vėžio kamieninės ląstelės yra atsakingos už naviko formavimą, atsparumą taikomai terapijai bei metastazių formavimą. Šio darbo tyrimo tikslas – ištirti nanodarinių pritaikymo galimybes vėžinių kamieninių ląstelių aptikimui ir sunaikinimui. Darbe buvo ištirtos krūties, kasos, kiaušidžių vėžio ir melanomos ląstelių savybės, pagal literatūroje nurodytą vėžio kamieninių ląstelių aptikimo metodiką. Panaudojant lazerinę skenuojančią konfokalinę ir gyvavimo trukmių vaizdinimo mikroskopiją buvo įvertintas kvantinių taškų, kaip galimų diagnostiką ir terapiją atliekančių nanodarinių kaupimosi ir lokalizacijos ląstelėse tyrimai. Buvo parodyta, jog antikūnais prieš paviršiaus antigeną CD44 padengti kvantiniai taškai selektyviai pateko tik į CD44+ fenotipo ląstelių vidų. Anti-CD44-FITC konjugatai taip pat selektyviai žymėjo norimas ląsteles, tačiau net po 24 valandų nepateko į ląstelių vidų. Taip pat buvo parodyta, jog kvantinio taško (KT) ir sensibilizatoriaus chlorino e6 (Ce6) nanodarinys lokalizuojasi ląstelių viduje pūslelėse ir sukelia ląstelių žūtį tik toms ląstelėms, kurioms pritaikytas apjungtas KT-Ce6 komplekso ir 470 nm spinduliuotės poveikis. Tokie rezultatai parodo, jog galima kvantinį tašką ne tik selektyviai nukreipti į norimas ląsteles, bet taip pat ir įnešti į jų vidų, neprarandant terapinės molekulės aktyvumo.

Pastaruoju metu vis gausėja įrodymų apie vėžyje esančią nedidelę subpopuliaciją, pavadintą „vėžio kamieninėmis ląstelėmis“. Teigiama, jog būtent vėžio kamieninės ląstelės yra atsakingos už naviko formavimą, atsparumą taikomai terapijai bei metastazių formavimą. Šio darbo tyrimo tikslas – ištirti nanodarinių pritaikymo galimybes vėžinių kamieninių ląstelių aptikimui ir sunaikinimui. Darbe buvo ištirtos krūties, kasos, kiaušidžių vėžio ir melanomos ląstelių savybės, pagal literatūroje nurodytą vėžio kamieninių ląstelių aptikimo metodiką. Panaudojant lazerinę skenuojančią konfokalinę ir gyvavimo trukmių vaizdinimo mikroskopiją buvo įvertintas kvantinių taškų, kaip galimų diagnostiką ir terapiją atliekančių nanodarinių kaupimosi ir lokalizacijos ląstelėse tyrimai. Buvo parodyta, jog antikūnais prieš paviršiaus antigeną CD44 padengti kvantiniai taškai selektyviai pateko tik į CD44+ fenotipo ląstelių vidų. Anti-CD44-FITC konjugatai taip pat selektyviai žymėjo norimas ląsteles, tačiau net po 24 valandų nepateko į ląstelių vidų. Taip pat buvo parodyta, jog kvantinio taško (KT) ir sensibilizatoriaus chlorino e6 (Ce6) nanodarinys lokalizuojasi ląstelių viduje pūslelėse ir sukelia ląstelių žūtį tik toms ląstelėms, kurioms pritaikytas apjungtas KT-Ce6 komplekso ir 470 nm spinduliuotės poveikis. Tokie rezultatai parodo, jog galima kvantinį tašką ne tik selektyviai nukreipti į norimas ląsteles, bet taip pat ir įnešti į jų vidų, neprarandant terapinės molekulės aktyvumo. / Emerging evidence has shown that the capacity of a tumor to grow and propagate is dependent on a small subset of cells, termed “cancer stem cells“. Conventional treatments, however, may miss the cancer stem cells, which have been shown in several tumor types to be more resistant to standard chemotherapeutic agents, because the cancer stem cell survives and regenerates the neoplasm. The aim of this study was to investigate the applicability of quantum dots in detection and eradication of cancer stem cells. The properties of stem cells were inestigated in breast, pancreatic, ovarian cancer and melanoma cells. The accumulation and distribution of quantum dots was assessed by the means of laser scanning confocal and fluorescence lifetime imaging microscopy. It was shown, that anti-CD44 and quantum dot conjugates are internalized selectively inside CD44+ cells, while anti-CD44 and organic dye FITC conjugates remained attached to cell membrane for at least 24 hours. Moreover, the complex of quantum dot (QD) and photosensitizer chlorin e6 (Ce6) accumulates inside cells and initiate cell death upon QD-directed exposure of 470 nm irradiation. These results show the capability of quantum dots not only to detect and internalize stem-like cells but also to carry the therapeutic agent inside cells without losing its activity.