Магнитный иммуноферментный анализ - Magnetic immunoassay - Wikipedia

Магнитный иммуноферментный анализ (MIA) - это новый вид диагностики иммуноанализ использование магнитных шариков в качестве меток вместо обычных ферментов (ELISA ), радиоизотопы (RIA ) или флуоресцентные фрагменты (флуоресцентные иммуноанализы )[1] МИА включает специфическое связывание антитела с его антигеном, когда магнитная метка конъюгирована с одним элементом пары. Присутствие магнитных шариков затем обнаруживается магнитным считывателем (магнитометр ), который измеряет изменение магнитного поля, вызванное шариками. Сигнал, измеряемый магнитометром, пропорционален концентрации аналита (вируса, токсина, бактерий, сердечного маркера и т. Д.) В исходной пробе.

Магнитные этикетки

Магнитные шарики состоят из частиц оксида железа нанометрового размера, инкапсулированных или склеенных вместе с полимерами. Эти магнитные шарики имеют диапазон от 35 нм до 4,5 мкм. Компонент магнитные наночастицы диапазон от 5 до 50 нм и демонстрируют уникальное качество, называемое суперпарамагнетизм в присутствии внешнего магнитного поля. Впервые обнаружен французом Луи Неэль, Лауреат Нобелевской премии по физике 1970 года, это суперпарамагнитное качество уже использовалось для медицинского применения в магнитно-резонансной томографии (МРТ) и в биологических разделениях, но еще не для маркировки в коммерческих диагностических приложениях. Магнитные этикетки обладают несколькими функциями, очень хорошо адаптированными для таких Приложения:[нужна цитата ]

  • на них не влияет химический состав реагентов или фотообесцвечивание, поэтому они стабильны во времени,
  • магнитный фон в биомолекулярном образце обычно незначителен,
  • помутнение или окрашивание образца не влияет на магнитные свойства,
  • магнитными шариками можно управлять дистанционно с помощью магнетизма.

Обнаружение

Магнитный иммуноанализ (MIA) способен обнаруживать избранные молекулы или патогены с помощью антител с магнитной меткой. Процесс связывания двух антител, функционирующий аналогично ELISA или вестерн-блоттингу, используется для определения концентраций аналитов. MIA использует антитела, покрывающие магнитную бусину. Эти антитела напрямую связываются с желаемым патогеном или молекулой, и магнитный сигнал, исходящий от связанных шариков, считывается с помощью магнитометра. Самым большим преимуществом этой технологии для иммуноокрашивания является то, что ее можно проводить в жидкой среде, где такие методы, как ELISA или вестерн-блоттинг, требуют стационарной среды для связывания желаемой мишени перед вторичным антителом (например, HRP [пероксидаза хрена] ]) может быть применен. Поскольку МИА может проводиться в жидкой среде, более точное измерение желаемых молекул может быть выполнено в модельной системе. Поскольку для достижения количественных результатов не должно происходить изоляции, пользователи могут отслеживать активность в системе. Получение лучшего представления о поведении своей цели.[нужна цитата ]

Способы, которыми может происходить это обнаружение, очень многочисленны. Самая простая форма обнаружения - это пропустить образец через гравитационную колонку, которая содержит полиэтиленовую матрицу с вторичным антителом. Целевое соединение связывается с антителом, содержащимся в матрице, и любые остаточные вещества вымываются с использованием выбранного буфера. Затем магнитные антитела пропускают через ту же колонку, и после периода инкубации все несвязанные антитела вымываются тем же методом, что и раньше. Считывание, полученное с магнитных шариков, связанных с мишенью, которая захватывается антителами на мембране, используется для количественного определения целевого соединения в растворе.

Кроме того, поскольку он очень похож по методологии на ELISA или Western Blot, эксперименты по MIA могут быть адаптированы для использования того же обнаружения, если исследователь хочет количественно оценить свои данные аналогичным образом.

Магнитометры

Простой инструмент может обнаружить присутствие и измерить общий магнитный сигнал образца, однако задача разработки эффективного MIA состоит в том, чтобы отделить естественный магнитный фон (шум) от слабой магнитно-маркированной цели (сигнала). Для достижения значимого отношения сигнал / шум (SNR) для приложений биологического зондирования использовались различные подходы и устройства:[нужна цитата ]

  • · Гигантские магниторезистивные датчики и спиновые клапаны,
  • пьезорезистивные кантилеверы,
  • индуктивные датчики,
  • · Сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства,
  • · Анизотропные магниторезистивные кольца,
  • · И миниатюрные датчики Холла.[2]

Но для улучшения отношения сигнал / шум часто требуется сложный инструмент для обеспечения повторного сканирования и экстраполяции посредством обработки данных или точного совмещения цели и датчика миниатюрного и совпадающего размера. Помимо этого требования, MIA использует нелинейные магнитные свойства магнитных этикеток.[нужна цитата ] может эффективно использовать внутреннюю способность магнитного поля проходить через пластик, воду, нитроцеллюлоза и другие материалы, что позволяет проводить истинные объемные измерения в различных форматах иммуноанализа. В отличие от традиционных методов измерения восприимчивости суперпарамагнитных материалов, метод MIA на основе нелинейного намагничивания исключает влияние линейных диа- или парамагнитных материалов, таких как матрица образца, расходные пластмассы и / или нитроцеллюлоза. Хотя собственный магнетизм этих материалов очень слаб, с типичными значениями восприимчивости –10−5 (диаметр) или +10−3 (параграф), при исследовании очень малых количеств суперпарамагнитных материалов, таких как нанограммы на тест, нельзя игнорировать фоновый сигнал, генерируемый вспомогательными материалами. В MIA, основанном на нелинейных магнитных свойствах магнитных меток, шарики подвергаются воздействию переменного магнитного поля на двух частотах, f1 и f2. В присутствии нелинейных материалов, таких как суперпарамагнитные метки, сигнал может быть записан на комбинаторных частотах, например, при f = f1 ± 2 × f2. Этот сигнал точно пропорционален количеству магнитного материала внутри катушки считывания.

Эта технология делает возможным магнитный иммуноанализ в различных форматах, таких как:

  • общепринятый испытание на боковой поток путем замены золотых этикеток на магнитные.
  • испытания с вертикальным потоком, позволяющие исследовать редкие аналиты (например, бактерии) в пробах большого объема
  • микрофлюидные приложения и биочип

Это также было описано для приложений in vivo.[3] и для многопараметрического тестирования.

Использует

МИА - это универсальный метод, который можно использовать для самых разных практик.

В настоящее время он используется для обнаружения вирусов в растениях с целью улавливания патогенов, которые обычно губительны для сельскохозяйственных культур, таких как Вирус фанлиста виноградной лозы,[4][требуется полная цитата ] Вирус фанлиста виноградной лозы, и Картофельный вирус X. Его модификации теперь включают портативные устройства, которые позволяют пользователю собирать конфиденциальные данные в полевых условиях.[5][требуется полная цитата ]

МИА также можно использовать для контроля терапевтических препаратов. История болезни 53-летнего мужчины[6][требуется полная цитата ] Пациент с трансплантацией почки подробно рассказывает, как врачи смогли изменить количество терапевтического препарата.

Рекомендации

  1. ^ Занут, А .; Fiorani, A .; Canola, S .; Сайто, Т .; Ziebart, N .; Рапино, С .; Rebeccani, S .; Barbon, A .; Irie, T .; Josel, H .; Negri, F .; Marcaccio, M .; Windfuhr, M .; Имаи, К .; Валенти, G .; Паолуччи, Ф. (2020). «Понимание механизма электрохемилюминесценции сореагента, способствующего повышению биоаналитических характеристик». Nat. Сообщество. 11: 2668. Дои:10.1038 / s41467-020-16476-2.
  2. ^ Rife, J.C .; Miller, M.M .; Sheehan, P.E .; Tamanaha, C.R .; Тондра, М .; Уитмен, Л.Дж. (2003). «Дизайн и характеристики датчиков GMR для обнаружения магнитных микрошариков в биосенсорах». Датчики и исполнительные механизмы A: физические. Elsevier BV. 107 (3): 209–218. Дои:10.1016 / s0924-4247 (03) 00380-7. ISSN  0924-4247.[требуется проверка ]
  3. ^ Никитин, М. П .; Торно, М .; Chen, H .; Rosengart, A .; Никитин П. И. (2008). «Количественное обнаружение в реальном времени in vivo магнитных наночастиц по их нелинейной намагниченности». Журнал прикладной физики. Издательство AIP. 103 (7): 07A304. Bibcode:2008JAP ... 103gA304N. Дои:10.1063/1.2830947. ISSN  0021-8979.[требуется проверка ]
  4. ^ «Ян и др.». 2008 г. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ «Ретчер и др.». 2015 г. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  6. ^ «Макмилин и др.». 2013. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)