Архив номеров
Медицинская Техника / Медицинская техника №1, 2026 / с. 39-43

Программная обработка и интерпретация данных зондовой микроскопии в медико-биологических приложениях

А.И. Ахметова, Т.О. Советников, Г.С. Евтушенко, Ю.Л. Рыбаков, В.М. Гукасов, И.В. Яминский


Аннотация 

В настоящей статье рассматривается, как данные сканирующей зондовой микроскопии применяются в биомедицинских исследованиях и как благодаря программному обеспечению, в частности пакету «ФемтоСкан Онлайн», эти данные используются для разработки новых диагностических и терапевтических подходов. С помощью обработанных АСМ-изображений оценивается эффективность сенсорных поверхностей, характеризуются наночастицы-носители веществ, определяются механобиомаркеры рака путем статистического анализа морфологии клеток, исследуются структурные изменения вирусов и бактерий под воздействием антибиотиков или бактериофагов. Для биомакромолекул показаны возможности анализа их конформации: измерение контурной и персистентной длины ДНК и гиалуроновой кислоты на различных модифицированных подложках, а также визуализация гибких доменов белков, таких как αC-регионы фибриногена.


Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Ассель Иосифовна Ахметова, канд. физ.-мат. наук, ст. научный сотрудник, физический факультет, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, ведущий специалист, ООО НПП «Центр перспективных технологий», 
Тимофей Олегович Советников, аспирант, ведущий инженер, физический факультет, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, ведущий инженер, ООО НПП «Центр перспективных технологий», г. Москва, 
Геннадий Сергеевич Евтушенко, д-р техн. наук, профессор, гл. научный сотрудник, Государственный центр экспертизы в сфере науки и инноваций, ФГБНУ НИИ «Республиканский исследовательский научно-консультационный центр экспертизы» Министерства науки и высшего образования РФ, г. Москва, профессор-консультант, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, 
Юрий Леонидович Рыбаков, д-р биолог. наук, директор, 
Вадим Михайлович Гукасов, д-р биолог. наук, гл. научный сотрудник, Государственный центр экспертизы в сфере науки и инноваций, ФГБНУ НИИ «Республиканский исследовательский научно-консультационный центр экспертизы» Министерства науки и высшего образования РФ, 
Игорь Владимирович Яминский, д-р физ.-мат. наук, профессор, физический факультет, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, генеральный директор, ООО НПП «Центр перспективных технологий», г. Москва, 

Список литературы

1. Santos N.C., Castanho M.A.R.B. An overview of the biophysical applications of atomic force microscopy // Biophys. Chem. 2004. Vol. 107. № 2. PP. 133-149. 
2. Amarouch M.Y., El Hilaly J., Mazouzi D. AFM and FluidFM Technologies: Recent Applications in Molecular and Cellular Biology // Scanning. 2018. P. 7801274. 
3. Matias Z., Lopes C.S., Santos N.C. et al. Nanotechnology meets medicine: Applications of atomic force microscopy in disease // Biophys. Rev. 2025. № 17. PP. 359-384. 
4. Klinov D.V., Protopopova A.D., Litvinov R.I. et al. An Improved Substrate for Superior Imaging of Individual Biomacromolecules with Atomic Force Microscopy // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2020. № 196. P. 111321. 
5. Obraztsova E.A., Basmanov D.V., Barinov N.A., Klinov D.V. Carbon Nanospikes: Synthesis, characterization and application for high resolution AFM // Ultramicroscopy. 2019. № 197. PP. 11-15. 
6. Akhmetova A.I., Sovetnikov T.O., Tikhomirova M.A. et al. Scanning capillary microscopy in the study of the effect of cytotoxic agents on the biomechanical and physicochemical properties of tumor cells // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2022. № 56. PP. 1159-1163. 
7. Смирнова Т.А., Плиева З.С., Зубашева М.В. и др. Структурная организация поверхности спор bacillus cereus // Наноиндустрия. 2025. Т. 15. № 1. С. 8-16. 
8. Poimanova E.Y., Kretova E.A., Keshek A.K. et al. A universal approach to the fabrication of reusable egofet-based aptasensors with track-etched membranes for biorecognition layers // Journal of Materials Chemistry B. 2025. № 13. PP. 4681-4692. 
9. Kukushkin V., Ambartsumyan O., Astrakhantseva A. et al. Lithographic sers aptasensor for ultrasensitive detection of SARS-CoV-2 in biological fluids // Nanomaterials. 2022. Vol. 12. № 21. P. 3854. 
10. Kurmangali A., Dukenbayev K., Kanayeva D. Sensitive detection of SARS-CoV-2 variants using an electrochemical impedance spectroscopy based aptasensor // Int. J. Mol. Sci. 2022. Vol. 23. № 21. P. 13138. 
11. Bagrov D.V., Senkovenko A.M., Nikishin I.I. Application of AFM, TEM, and NTA for characterization of exosomes produced by placenta-derived mesenchymal cells // Journal of Physics: Conference Series. 2021. № 1942. P. 012013. 
12. Bagrov D.V., Glukhov G.S., Moiseenko A.V. et al. Structural characterization of β-propiolactone inactivated severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) particles // Microscopy Research and Technique. 2022. Vol. 85. № 2. PP. 562-569. 
13. Kim K.S., Cho C.H., Park E.K. et al. AFM-Detected Apoptotic Changes in Morphology and Biophysical Property Caused by Paclitaxel in Ishikawa and HeLa Cells // PLoS ONE. 2012. Vol. 7. № 1. P. 30066. 
14. Xu W., Mezencev R., Kim B. et al. Cell Stiffness Is a Biomarker of the Metastatic Potential of Ovarian Cancer Cells // PLoS ONE. 2012. Vol. 7. № 10. P. e46609. 
15. Dubrovin E.V., Barinov N.A., Klinov D.V. High resolution atomic force microscopy visualization of fibrinogen unfolding on modified graphite // Microscopy and Microanalysis. 2018. Vol. 24. № 1. PP. 1236-1237. 
16. Zheng Y., Nьtzl M., Schackel T. et al. Biomaterial scaffold stiffness influences the foreign body reaction, tissue stiffness, angiogenesis and neuroregeneration in spinal cord injury // Bioact. Mater. 2024. № 46. PP. 134-149. 
17. Ovsiannikova N.L., Lavrushkina S.V., Ivanova, A.V. et al. Lamin a as a determinant of mechanical properties of the cell nucleus in health and disease // Biochemistry (Moscow). 2021. Vol. 86. № 10. PP. 1288-1300. 
18. Akhmetova A.I., Sovetnikov T.O., Zorikova E.O. et al. Scanning capillary microscopy in studies of the substantia nigra of the human brain // Biomedical Engineering. 2025. № 58. PP. 338-341. 
19. Longo G., Alonso-Sarduy L., Marques Rio L. et al. Rapid detection of bacterial resistance to antibiotics using AFM cantilevers as nanomechanical sensors // Nat. Nanotechnol. 2021. Vol. 8. № 7. PP. 522-526. 
20. Dudnik A.O., Trofimchuk E.S., Efimov A.V. et al. Evolution of the Nanoporous Structure of High-Density Polyethylene during Drawing in Supercritical Carbon Dioxide // Macromolecules. 2018. Vol. 51. № 3. PP. 1129-1140. 
21. Chernikova E.V., Plutalova A.V., Lysenko E.A. et al. Emulsifier- free polymerization of n-butyl acrylate involving trithiocarbonates based on oligomer acrylic acid // Polymer Science, Series B. 2016. Vol. 58. № 6. PP. 629-639. 
22. Yarysheva A.Y., Kechek’yan P.A., Rukhlya E.G. et al. Which way do fibrils disappear? // Polymer. 2018. № 169. PP. 234-242. 
23. Dubrovin E.V., Popova A.V., Kraevskiy S.V. Atomic force microscopy analysis of the Аcinetobacter baumannii bacteriophage AP22 lytic cycle // PLoS ONE. 2012. Vol. 7. № 10. P. e47348. 
24. Ushakova V., Zorkina Ya., Abramova O. et al. Beta-Amyloid and Its Asp7 Isoform: Morphological and Aggregation Properties and Effects of Intracerebroventricular Administration // Brain Sciences. 2024. Vol. 14. № 10. P. 1042. 
25. Kiss B., Kis Z., Pбlyi B., Kellermayer M.S.Z. Topography, spike dynamics, and nanomechanics of individual native SARS-CoV-2 virions // Nano Letters. 2022. № 21. PP. 2675-2680. 
26. Hinterdorfer P., Dufrene Y.F. Detection and localization of single molecular recognition events using atomic force microscopy // Nat. Methods. 2006. № 3. PP. 347-355. 
27. Dubrovin E.V., Barinov N.A., Ivanov D.A., Klinov D.V. Single- molecule AFM study of hyaluronic acid softening in electrolyte solutions // Carbohydrate Polymers. 2023. № 303. P. 120472. 
28. Dubrovin E.V., Batishchev O.V., Dadinova L.A. et al. Spatial organization of Dps and DNA-Dps complexes // Journal of Molecular Biology. 2021. Vol. 433. № 10. P. 166930. )553( 1 № .6202 .АКИНХЕТ ЯАКСНИЦИДЕМ43 
29. Barinov N.A., Ivanov D.A., Dubrovin E.V., Klinov D.V. Atomic force microscopy investigation of DNA denaturation on a highly oriented pyrolytic graphite surface // International Journal of Biological Macromolecules. 2024. № 267. P. 131630. 
30. Dubrovin E.V., Barinov N.A., Schдffer T.A., Klinov D.V. In Situ Single-Molecule AFM Investigation of Surface-Induced Fibrinogen Unfolding on Graphite // Langmuir. 2019. Vol. 35. № 30. PP. 9732-9739.