Магнитный иммуноанализ
Магнитный иммуноанализ ( МИА ) — это тип диагностического иммуноанализа с использованием магнитных шариков в качестве меток вместо обычных ферментов ( ИФА ), радиоизотопов ( РИА ) или флуоресцентных фрагментов ( флуоресцентные иммуноанализы ). [1] для обнаружения определенного аналита . МИА включает специфическое связывание антитела с его антигеном, при котором магнитная метка конъюгируется с одним элементом пары. Присутствие магнитных шариков затем обнаруживается с помощью магнитного считывателя ( магнитометра ), 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
[ редактировать ]Магнитные шарики состоят из частиц оксида железа нанометрового размера, инкапсулированных или склеенных полимерами. Эти магнитные шарики имеют размер от 35 нм до 4,5 мкм. Составляющие магнитные наночастицы имеют размер от 5 до 50 нм и проявляют уникальное качество, называемое суперпарамагнетизмом, в присутствии внешнего магнитного поля. [2] Это суперпарамагнитное качество , впервые открытое французом Луи Неелем , лауреатом Нобелевской премии по физике в 1970 году, уже использовалось в медицинских целях при магнитно-резонансной томографии (МРТ) и биологическом разделении, но еще не для маркировки в коммерческих диагностических приложениях.Магнитные этикетки обладают несколькими особенностями, хорошо подходящими для такого применения: [ нужна ссылка ]
- на них не влияют химические реагенты или фотоотбеливание, и поэтому они стабильны с течением времени,
- магнитный фон в биомолекулярном образце обычно незначителен,
- мутность или окрашивание образца не влияют на магнитные свойства,
- Магнитными шариками можно манипулировать дистанционно с помощью магнетизма.
Обнаружение
[ редактировать ]Магнитный иммуноанализ (МИА) способен обнаруживать отдельные молекулы или патогены с помощью антител с магнитной меткой. Функционируя аналогично методам ELISA или Western Blot, процесс связывания двух антител используется для определения концентраций аналитов. МВД использует антитела, покрывающие магнитные шарики. Эти антитела напрямую связываются с желаемым патогеном или молекулой, и магнитный сигнал, исходящий от связанных шариков, считывается с помощью магнитометра. Наибольшим преимуществом этой технологии для иммуноокрашивания является то, что ее можно проводить в жидкой среде, тогда как такие методы, как ELISA или вестерн-блоттинг, требуют стационарной среды для связывания желаемой мишени перед вторичным антителом (например, HRP [пероксидаза хрена). ]) можно применять. Поскольку МИА можно проводить в жидкой среде, в модельной системе можно выполнить более точное измерение желаемых молекул. Поскольку для достижения количественных результатов не требуется никакой изоляции, пользователи могут отслеживать активность внутри системы. Получение лучшего представления о поведении своей цели. [ нужна ссылка ]
Способы, которыми может произойти это обнаружение, очень многочисленны. Самый простой способ обнаружения – пропустить образец через гравитационную колонку, содержащую полиэтиленовую матрицу со вторичным антителом. Целевое соединение связывается с антителом, содержащимся в матрице, а любые остаточные вещества вымываются с помощью выбранного буфера. Затем магнитные антитела пропускают через ту же колонку, и после периода инкубации любые несвязавшиеся антитела вымываются тем же методом, что и раньше. Показания, полученные от магнитных шариков, связанных с мишенью, которая захватывается антителами на мембране, используются для количественного определения целевого соединения в растворе. [ нужна ссылка ]
Кроме того, поскольку методология очень похожа на ELISA или Western Blot, эксперименты по MIA могут быть адаптированы для использования того же обнаружения, если исследователь хочет аналогичным образом оценить свои данные.
Магнитометры
[ редактировать ]Простой прибор может обнаружить присутствие и измерить общий магнитный сигнал образца, однако задача разработки эффективного МВИ состоит в том, чтобы отделить естественный магнитный фон (шум) от слабой магнитно-меченной мишени (сигнала). Для достижения значимого отношения сигнал/шум (SNR) для приложений биосенсорства использовались различные подходы и устройства: [ нужна ссылка ]
- ·гигантские магниторезистивные датчики и спиновые клапаны,
- пьезорезистивные кантилеверы,
- индуктивные датчики,
- ·сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства,
- ·анизотропные магниторезистивные кольца,
- ·и миниатюрные датчики Холла. [3]
Но для улучшения SNR часто требуется сложный инструмент, обеспечивающий многократное сканирование и экстраполяцию посредством обработки данных или точное выравнивание цели и датчика миниатюрного и соответствующего размера. Помимо этого требования, MIA использует нелинейные магнитные свойства магнитных этикеток. [ нужна ссылка ] может эффективно использовать внутреннюю способность магнитного поля проходить через пластик, воду, нитроцеллюлозу и другие материалы, что позволяет проводить истинные объемные измерения в различных форматах иммуноанализа. В отличие от традиционных методов измерения восприимчивости суперпарамагнитных материалов, МИА 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 (пункт), когда исследуются очень небольшие количества суперпарамагнитных материалов, например нанограммы на тест, фоновый сигнал, генерируемый вспомогательными материалами, нельзя игнорировать. В МИА, основанном на нелинейных магнитных свойствах магнитных меток, шарики подвергаются воздействию переменного магнитного поля двух частот: f1 и f2. При наличии 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 считывающей катушки.
Эта технология делает возможным магнитный иммуноанализ в различных форматах, таких как:
- обычный тест на боковой поток путем замены золотых этикеток магнитными этикетками
- тесты с вертикальным потоком, позволяющие исследовать редкие аналиты (например, бактерии) в пробах большого объема
- микрофлюидные приложения и биочипы
Он также был описан для применения in vivo. [4] и для многопараметрического тестирования.
Использование
[ редактировать ]МИА — это универсальная техника, которую можно использовать в самых разных практиках.
В настоящее время его используют для обнаружения вирусов в растениях, чтобы поймать патогены, которые обычно уничтожают сельскохозяйственные культуры, такие как вирус веерных листьев виноградной лозы . [5] [ нужна полная цитата ] и картофельный вирус X. Его модификации теперь включают портативные устройства, которые позволяют пользователю собирать конфиденциальные данные в полевых условиях. [6] [ нужна полная цитата ]
MIA также может использоваться для мониторинга терапевтических препаратов. История болезни 53-летнего мужчины. [7] [ нужна полная цитата ] Пациент, перенесший трансплантацию почки, подробно рассказывает, как врачам удалось изменить количество терапевтического препарата.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Занут, А.; Фиорани, А.; Канола, С.; Сайто, Т.; Зибарт, Н.; Рапино, С.; Ребеккани, С.; Барбон, А.; Ири, Т.; Джозель, Х.; Негри, Ф.; Маркаччо, М.; Виндфур, М.; Имаи, К.; Валенти, Г.; Паолуччи, Ф. (2020). «Понимание механизма электрохемилюминесценции со-реагента, способствующего повышению биоаналитических показателей» . Нат. Коммун . 11 (1): 2668. Бибкод : 2020NatCo..11.2668Z . дои : 10.1038/s41467-020-16476-2 . ПМК 7260178 . ПМИД 32472057 .
- ^ Салливан, Марк V; Стокберн, Уильям Дж; Хоуз, Филиппа С; Мерсер, Тим; Редди, Субраял М (26 февраля 2021 г.). «Зеленый синтез как простой и быстрый путь к получению магнитных наночастиц, модифицированных белком, для использования при разработке флуорометрического анализа на основе полимера с молекулярным импринтингом для обнаружения миоглобина» . Нанотехнологии . 32 (9): 095502. Бибкод : 2021Nanot..32i5502S . дои : 10.1088/1361-6528/abce2d . ПМЦ 8314874 . PMID 33242844 .
- ^ Райф, Джей Си; Миллер, ММ; Шихан, ЧП; Таманаха, ЧР; Тондра, М.; Уитмен, ЖЖ (2003). «Проектирование и характеристики датчиков GMR для обнаружения магнитных микрошариков в биосенсорах». Датчики и исполнительные механизмы A: Физические . 107 (3). Эльзевир Б.В.: 209–218. дои : 10.1016/s0924-4247(03)00380-7 . ISSN 0924-4247 . [ нужна проверка ]
- ^ Никитин, депутат; Торно, М.; Чен, Х.; Розенгарт, А.; Никитин, ИП (2008). «Количественное обнаружение магнитных наночастиц in vivo в реальном времени по их нелинейной намагниченности». Журнал прикладной физики . 103 (7). Издательство АИП: 07А304. Бибкод : 2008JAP...103gA304N . дои : 10.1063/1.2830947 . ISSN 0021-8979 . [ нужна проверка ]
- ^ «Янг и др.». 2008.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Реттчер и др.». 2015.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Макмилин и др.». 2013.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь )