Исследователи из ИОФ РАН и МФТИ разработали новую биосенсорную тест-систему, основанную на применении магнитных наночастиц и предназначенную для очень точного измерения концентрации белковых молекул (например, так называемых «маркеров», которые указывают на начало или развитие заболеваний) в различных образцах, включая непрозрачные или сильно окрашенные жидкости. Исследование опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics.
Новая разработка по своему принципу напоминает тест на беременность, сообщает пресс-служба вуза. Анализ проводится с помощью небольшой тест-полоски из пористого материала с двумя реакционными линиями. С одной из сторон наносится капля исследуемой жидкости; через некоторое время результат проявляется активацией либо одной, либо двух линий. Такая тест-полоска может долго храниться до использования. Проведение теста занимает мало времени, не требует специально обученного персонала, легко может проводиться рядом с пациентом и даже в полевых условиях.
На полоску наносится капля исследуемой жидкости (1). Жидкость, распространяясь по полоске за счет капиллярного эффекта, захватывает магнитные частицы, которые “скреплены” с антителами к анализируемому белку (2). В процессе движения по полоске частицы связываются с нужным белком. Далее поток жидкости встречает две линии - тестовую (3) и контрольную (4). Тестовая содержит антитела, которые задерживают белок и заодно те магнитные метки, которые с ним соединились. Контрольная линия срабатывает в том случае, если тест-полоска пригодна к использованию. Тестовую линию впосоледствии анализируют в портативном приборе с помощью запатентованной методики MPQ (англ. magnetic particle quantification) высокочувствительного подсчета магнитных наночастиц по нелинейному перемагничиванию, которая позволяет регистрировать от 60 зептомолей (приставка «зепто-» означает 10 в минус двадцать первой степени!) наночастиц в линейном диапазоне, превышающем десять миллионов раз. Изображение предоставлено пресс-центром МФТИ.
Образец наносится на полоску, пропитывает его, после чего можно считывать результат. На этом сходство с тестом на беременность заканчивается. В случае с "классическим" тестом на беременность результатом может быть либо «да», либо «нет». По словам, ведущего автора исследования Алексея Орлова из ИОФ РАН, азработанный тест позволяет не только выявить наличие белка с высокой чувствительностью, но и точно определить его концентрацию, причем даже в непрозрачных средах, например в цельной крови, а само измерение проводится с помощью портативного прибора. При этом, точность определения будет даже превосходить точность методов, которые выполняются только в лаборатории и только квалифицированным персоналом, говорится в сообщении.
Ученые отмечают, что наряду с высокой чувствительностью определения концентрации белка, новая тест-система позволяет проводить измерения в широком диапазоне: верхний порог определяемой концентрации превышает нижний более чем в 4000 раз.
Работу новой системы протестировали путем измерения в крови 0,025 нанограмм на миллилитр (при норме до 4 нанограмм) простат-специфического антигена - одного из наиболее массово контролируемых маркеров при диспансеризации мужчин.
Простат-специфический антиген, ПСА, является одним из возможных маркеров рака предстательной железы - а в криминалистике применяется для обнаружения следов семенной жидкости. Оба применения связаны с определенными ограничениями и не позволяют однозначно поставить диагноз/доказать вину подозреваемых, но возможности новой биосенсорной платформы не ограничиваются анализом ПСА; данный белок был выбран лишь для демонстрации.
Чувствительность определения ПСА новым методом достаточна, чтобы понять, не начался ли рецидив после удаления предстательной железы. Удается не просто показать выход какого-либо показателя за пределы норматива, но и легко проследить за динамикой концентрации белковых маркеров заболеваний.
Полученные результаты ученые сравнивали с “золотым стандартом” для определения ПСА - иммуноферментным анализом (ИФА), подтвердив корректность работы новой тест-системы и ее превосходство над традиционной технологией.
По словам руководителя исследований и заведующего лабораторией ИОФ РАН Петра Никитина (выпускника МФТИ 1979 г) разработанные магнитные методы и регистраторы для считывания наномаркеров на тест-полосках позволяют не только обеспечивать упомянутые пределы и диапазоны измерения концентраций антигенов, но и эффективно контролировать все технологические этапы:
«Таким образом мы контролируем весь процесс: от разработки и оптимизации протоколов иммуноанализа, до проведения и интерпретации результатов. Это, в частности, достигается путем количественного мониторинга перераспределения наномаркеров в процессе биохимических реакций вдоль всех составляющих 3D пористых компонентов тест-полосок, что не реализовывалось сих пор иными методами. Кроме того, используемые для синтеза магнитных наночастиц соли железа несравнимо доступнее и дешевле, чем реагенты для синтеза золотых наночастиц, наиболее распространённых в пороговых тестах типа теста на беременность».
Сочетание надежности, доступности и высокой точности с высокой чувствительностью позволяет рассчитывать на скорый переход разработки от лабораторного прототипа к серийному производству. Разработчики пока не называют конкретные сроки , но подчеркивают, что их тест-система может применяться не только для диагностики болезней, но также и в ряде других задач. Биосенсор позволит, не прибегая к сложному оборудованию, проводить анализы пищевых продуктов и лекарств, экологический мониторинг окружающей среды.
Оценили 13 человек
13 кармы