Над исследовательским проектом трудились учёные из Института общей физики имени Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) и Московского физико-технического института (МФТИ). Новый метод в 100 раз чувствительнее традиционного лабораторного иммуноферментного анализа (ИФА), а время анализа сокращено до 30 минут.
Новый метод позволяет обнаружить следы токсинов, гормонов, витаминов и биологически активных малых молекул при медицинском обследовании и при анализе пищевых продуктов, недорого и быстро проводить диагностику буквально на месте и не требует высокой квалификации персонала и использования сложного лабораторного оборудования.
Новая аналитическая система, созданная нашими учёными – это развитие метода иммунохроматографического анализа с применением магнитных нанометок и бифункциональных лигандов*. В качестве модели для изучения её возможностей было выбрано определение основного гормона щитовидной железы — тироксина, что сообщило работе также и клиническую значимость. Добавим, что обычный иммунохроматографический анализ (ИХА), который можно встретить например в тестах на беременность, может применяться далеко не везде – только где не требуется высокая чувствительность.
Во время испытаний нового метода была эффективно измерена концентрация в плазме крови человека тироксина — одного из основных гормонов, используемых для мониторинга состояния щитовидной железы. Сегодня для обнаружения с высокой чувствительностью гормонов щитовидной железы все еще используют небезопасный радиоиммунный анализ, который основан на применении радиоактивных меток с малым временем полураспада.
Как описывают разработчики метода, в проведенном исследовании, к сыворотке крови пациента, содержащей исследуемый свободный тироксин, добавляются антитела, помеченные магнитными наночастицами, и бифункциональный лиганд тироксина. Бифункциональный лиганд представляет собой молекулу тироксина, ковалентно связанную с биотином с помощью разделяющего их в пространстве «мостика». Антитела на магнитных наночастицах, таким образом, имеют возможность связывать как тироксин из сыворотки крови, так и бифункциональный лиганд. Спустя некоторое время, дав молекулам в растворе возможность связаться друг с другом, его наносят на мембрану. В случае взаимодействия с бифункциональным лигандом частицы задерживаются на тестовой линии из стрептавидина, белка с сильным сродством к биотину. Фактор высокого сродства, а также высокочувствительный подсчёт связавшихся с мембраной в результате реакции магнитных нанометок обеспечивают беспрецедентную чувствительность анализа. Достигнутый предел детекции гормона составил 16 фг/мл (или 20 фемтомоль/литр, что соответствует 1 млн молекул в одном миллилитре раствора) в динамическом диапазоне 3 порядка.
Использованные оригинальные электронные приборы для считывания результатов анализа основаны на сверхчувствительном методе детекции магнитных наночастиц MPQ (англ. magnetic particle quantification). Он базируется на явлении нелинейного перемагничивания частиц переменным магнитным полем на двух частотах и регистрации индукционного отклика на комбинаторных частотах.
Российские ученые использовали в качестве нанометок иммунохимических реакций магнитные частицы, которые регистрируются количественно с рекордно высокой чувствительностью со всего объёма трёхмерной реакционной зоны на тест-полоске с помощью портативного прибора, а не только с поверхности мембраны, как это происходит для оптических меток.
В итоге исследований создан российский экспресс-тест, обладающий характеристиками, значительно превосходящими характеристики существующих лабораторных диагностических систем, к тому же с более низкой стоимостью. Перспективы использования нового метода широки: его можно адаптировать для обнаружения других малых молекул, и он сможет активно применяться для поиска новых маркеров заболеваний, в медицинской диагностике, экологическом мониторинге, контроле пищевой промышленности, биобезопасности и прочих жизненно важных отраслях.
-------------
*В биохимии и фармакологии лиганд — это химическое соединение (часто, но не всегда, малая молекула), которое образует комплекс с той или иной биомолекулой (чаще всего белком, например клеточным рецептором, но иногда, например, с ДНК) и производит, вследствие такого связывания, те или иные биохимические, физиологические или фармакологические эффекты.