Магнитный иммуноферментный анализ ( МИА ) — это тип диагностического иммуноферментного анализа, использующий магнитные шарики в качестве меток вместо обычных ферментов ( ИФА ), радиоизотопов ( РИА ) или флуоресцентных фрагментов (флуоресцентные иммуноферментные анализы) [1] для обнаружения определенного аналита . МИА включает специфическое связывание антитела с его антигеном, где магнитная метка конъюгируется с одним элементом пары. Затем наличие магнитных шариков обнаруживается магнитным считывателем ( магнитометром ), который измеряет изменение магнитного поля, вызванное шариками. Сигнал, измеряемый магнитометром, пропорционален концентрации аналита (вируса, токсина, бактерий, сердечного маркера и т. д.) в исходном образце.
Магнитные шарики изготавливаются из частиц оксида железа нанометрического размера, инкапсулированных или склеенных вместе с 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] Впервые обнаруженное французом Луи Неелем , лауреатом Нобелевской премии по физике в 1970 году, это суперпарамагнитное качество уже использовалось для медицинского применения в магнитно-резонансной томографии (МРТ) и в биологическом разделении, но пока не для маркировки в коммерческих диагностических приложениях. Магнитные метки демонстрируют несколько особенностей, очень хорошо адаптированных для таких применений: [ необходима цитата ]
Магнитный иммуноферментный анализ (МИА) способен обнаруживать выбранные молекулы или патогены с помощью магнитно-меченого антитела. Функционируя аналогично ИФА или вестерн-блоттингу, для определения концентраций аналитов используется процесс связывания двух антител. В МИА используются антитела, покрывающие магнитную бусину. Эти антитела напрямую связываются с желаемым патогеном или молекулой, а магнитный сигнал, испускаемый связанными бусинами, считывается с помощью магнитометра. Наибольшее преимущество, которое эта технология предоставляет для иммуноокрашивания, заключается в том, что его можно проводить в жидкой среде, тогда как такие методы, как ИФА или вестерн-блоттинг, требуют стационарной среды для связывания желаемой мишени до того, как можно будет применить вторичное антитело (например, HRP [пероксидаза хрена]). Поскольку МИА можно проводить в жидкой среде, в модельной системе можно выполнить более точное измерение желаемых молекул. Поскольку для получения количественных результатов не требуется изоляция, пользователи могут отслеживать активность в системе. Получая лучшее представление о поведении своей мишени. [ необходима ссылка ]
Существует множество способов, с помощью которых может происходить это обнаружение. Наиболее простой формой обнаружения является пропускание образца через гравитационную колонку, содержащую полиэтиленовую матрицу со вторичным антителом. Целевое соединение связывается с антителом, содержащимся в матрице, и любые остаточные вещества вымываются с помощью выбранного буфера. Затем магнитные антитела пропускаются через ту же колонку, и после периода инкубации любые несвязанные антитела вымываются с помощью того же метода, что и раньше. Показания, полученные от магнитных шариков, связанных с мишенью, которая захватывается антителами на мембране, используются для количественного определения целевого соединения в растворе. [ необходима цитата ]
Кроме того, поскольку методология MIA очень похожа на ELISA или Western Blot, эксперименты для MIA можно адаптировать для использования того же метода обнаружения, если исследователь захочет количественно оценить свои данные аналогичным образом.
Простой прибор может обнаружить наличие и измерить полный магнитный сигнал образца, однако, проблема разработки эффективного MIA заключается в том, чтобы отделить естественный магнитный фон (шум) от слабой магнитно-меченой цели (сигнал). Различные подходы и устройства были использованы для достижения значимого отношения сигнал/шум (SNR) для биосенсорных приложений: [ необходима цитата ]
Но для улучшения SNR часто требуется сложный инструмент для обеспечения повторного сканирования и экстраполяции посредством обработки данных или точного выравнивания цели и датчика миниатюрного и соответствующего размера. Помимо этого требования, MIA, который использует нелинейные магнитные свойства магнитных меток [ необходима цитата ], 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 обычных методов, которые измеряют восприимчивость суперпарамагнитных материалов, MIA, основанный на нелинейной намагниченности, устраняет 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 ( диа) или + 10−3 (пара), когда исследуются очень малые количества суперпарамагнитных материалов, такие как нанограммы на тест, фоновый сигнал, генерируемый вспомогательными материалами, нельзя игнорировать. В MIA, основанном на нелинейных магнитных свойствах магнитных меток, бусины 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 считывающей катушки.
Эта технология делает возможным проведение магнитного иммуноанализа в различных форматах, таких как:
Он также был описан для применения in vivo [4] и для многопараметрического тестирования.
MIA — это универсальная техника, которую можно использовать в самых разных практиках.
В настоящее время он используется для обнаружения вирусов в растениях, чтобы поймать патогены, которые обычно уничтожают урожай, такие как вирус веерообразной гнили винограда , [5] [ необходима полная цитата ] и вирус картофеля X. Его адаптации теперь включают портативные устройства, которые позволяют пользователю собирать конфиденциальные данные в полевых условиях. [6] [ необходима полная цитата ]
MIA также может использоваться для мониторинга терапевтических препаратов. В отчете о случае 53-летнего [7] [ требуется полная цитата ] пациента, перенесшего трансплантацию почки, подробно описывается, как врачи смогли изменить количество терапевтического препарата.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )