stringtranslate.com

Тест бокового потока

Иллюстрация НАСА, иллюстрирующая анализ бокового потока

Тест с латеральным потоком ( LFT ), [1] — это анализ , также известный как устройство с латеральным потоком ( LFD ), иммунохроматографический анализ с латеральным потоком или быстрый тест . Это простое устройство, предназначенное для обнаружения наличия целевого вещества в образце жидкости без необходимости использования специализированного и дорогостоящего оборудования. Тесты с латеральным потоком широко используются в медицинской диагностике в домашних условиях, в местах оказания медицинской помощи и в лабораториях. Например, домашний тест на беременность — это LFT, который обнаруживает определенный гормон. Эти тесты просты и экономичны и обычно показывают результаты примерно через пять-тридцать минут. [2] Многие лабораторные приложения повышают чувствительность простых LFT за счет использования дополнительного специализированного оборудования. [3] Поскольку целевое вещество часто является биологическим антигеном , многие тесты с латеральным потоком являются быстрыми тестами на антиген (RAT или ART).

LFT работают по тем же принципам аффинной хроматографии , что и иммуноферментный анализ ( ELISA ). По сути, эти тесты пропускают жидкий образец по поверхности прокладки с реактивными молекулами, которые показывают визуальный положительный или отрицательный результат. Прокладки основаны на серии капиллярных слоев, таких как кусочки пористой бумаги, [4] микроструктурированного полимера , [5] [6] или спеченного полимера. [7] Каждая из этих прокладок обладает способностью спонтанно транспортировать жидкость (например, мочу, кровь, слюну). [8]

Прокладка для образца действует как губка и удерживает избыток жидкости образца. После пропитывания жидкость перетекает во вторую прокладку для конъюгата, в которой производитель сохранил лиофилизированные биоактивные частицы, называемые конъюгатами (см. ниже) в матрице из соли и сахара. Прокладка для конъюгата содержит все реагенты, необходимые для оптимизированной химической реакции между целевой молекулой (например, антигеном ) и ее химическим партнером (например, антителом ), который был иммобилизован на поверхности частицы. Это отмечает целевые частицы, когда они проходят через прокладку и продолжают движение к тестовым и контрольным линиям. Тестовая линия показывает сигнал, часто цветной, как в тестах на беременность. Контрольная линия содержит аффинные лиганды, которые показывают, прошел ли образец и активны ли биомолекулы в прокладке для конъюгата. После прохождения этих зон реакции жидкость попадает в конечный пористый материал, фитиль, который просто действует как контейнер для отходов.

LFT-тесты могут работать как конкурентные , так и сэндвич-анализы .

История

LFT происходят от бумажной хроматографии , которая была разработана в 1943 году Мартином и Синджем [9] и доработана в 1944 году Консденом, Гордоном и Мартином. [10] [11] После 1945 года произошел взрыв активности в этой области. [9] Технология ELISA была разработана в 1971 году. [12] Ряд патентов LFT, включая оспариваемый патент США 6 485 982, описанный ниже, были поданы Armkel LLC, начиная с 1988 года. [13]

Синопсис

Цветные частицы

В принципе, можно использовать любую цветную частицу, но чаще всего используют латекс (синий цвет) или нанометровые частицы [14] золота (красный цвет). Золотые частицы имеют красный цвет из-за локализованного поверхностного плазмонного резонанса . [15] Также можно использовать флуоресцентные [16] или магнитные [17] [18] меченые частицы, но для оценки результата теста требуется использование электронного считывателя.

Сэндвич-анализы

Разница между сэндвич-анализом и конкурентным анализом в форматах латеральных потоковых тестов [ необходимо разъяснение ]

Сэндвич-анализы обычно используются для более крупных аналитов, поскольку они, как правило, имеют несколько участков связывания. [19] Когда образец мигрирует через анализ, он сначала сталкивается с конъюгатом, который является антителом, специфичным к целевому аналиту, помеченным визуальной меткой, обычно коллоидным золотом. Антитела связываются с целевым аналитом в образце и мигрируют вместе, пока не достигнут тестовой линии. Тестовая линия также содержит иммобилизованные антитела, специфичные к целевому аналиту, которые связываются с мигрирующими аналитом, связанными с конъюгатными молекулами. Затем тестовая линия представляет визуальное изменение из-за концентрированной визуальной метки, тем самым подтверждая присутствие целевых молекул. Большинство сэндвич-анализов также имеют контрольную линию, которая будет появляться независимо от того, присутствует ли целевой аналит, чтобы гарантировать надлежащую работу подушки бокового потока. [2]

Быстрый и недорогой сэндвич-анализ обычно используется для домашних тестов на беременность, которые обнаруживают хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) в моче беременных женщин.

Конкурентные анализы

Конкурентные анализы обычно используются для более мелких аналитов, поскольку более мелкие аналиты имеют меньше участков связывания. [19] Сначала образец сталкивается с антителами к целевому аналиту, помеченными визуальной меткой (цветными частицами). Тестовая линия содержит целевой аналит, закрепленный на поверхности. Когда целевой аналит отсутствует в образце, несвязанные антитела будут связываться с этими фиксированными молекулами аналита, что означает, что будет отображаться визуальный маркер. И наоборот, когда целевой аналит присутствует в образце, он связывается с антителами, чтобы предотвратить их связывание с фиксированным аналитом в тестовой линии, и, таким образом, визуальный маркер не отображается. Это отличается от сэндвич-анализов тем, что отсутствие полосы означает, что аналит присутствует. [2] [19]

Количественные тесты

Большинство LFT предназначены для работы исключительно на качественной основе. Однако можно измерить интенсивность тестовой линии, чтобы определить количество аналита в образце. Портативные диагностические устройства, известные как считыватели бокового потока, используются несколькими компаниями для получения полностью количественного результата анализа. Используя уникальные длины волн света для освещения в сочетании с технологией обнаружения CMOS или CCD , можно получить насыщенное сигналом изображение фактических тестовых линий. Используя алгоритмы обработки изображений, специально разработанные для определенного типа теста и среды, интенсивности линий затем можно соотнести с концентрациями аналита. Одна из таких платформ портативных устройств бокового потока производится Detekt Biomedical LLC [20] Альтернативные неоптические методы также способны сообщать результаты количественных анализов. Одним из таких примеров является магнитный иммуноферментный анализ (МИА) в форме LFT, который также позволяет получить количественный результат. Уменьшение изменений в капиллярной прокачке жидкости образца является еще одним подходом для перехода от качественных к количественным результатам. Недавние исследования, например, продемонстрировали капиллярную перекачку с постоянной скоростью потока , независимой от вязкости жидкости и поверхностной энергии . [6] [21] [22] [23]

Линия управления

Контрольная линия этого теста на беременность пустая, что делает тест недействительным.

Большинство тестов включают вторую линию, которая содержит дополнительное антитело (неспецифичное к аналиту), которое связывает некоторые из оставшихся цветных частиц, которые не связались с тестовой линией. Это подтверждает, что жидкость успешно прошла от подушечки для нанесения образца мимо тестовой линии. [2] Предоставляя подтверждение того, что образец имел возможность взаимодействовать с тестовой линией, это повышает уверенность в том, что визуально неизмененная тестовая линия может быть интерпретирована как отрицательный результат (или что измененная тестовая линия может быть интерпретирована как отрицательный результат в конкурентном анализе).

Извлечение плазмы крови

Поскольку интенсивный красный цвет гемоглобина мешает считыванию колориметрических или оптических диагностических тестов, разделение плазмы крови является обычным первым шагом для повышения точности диагностических тестов. Плазму можно извлечь из цельной крови с помощью встроенных фильтров [24] или с помощью агглютинации. [25]

Скорость и простота

Время получения результата теста является ключевым фактором для этих продуктов. Результаты тестов могут быть доступны всего за несколько минут. Обычно существует компромисс между временем и чувствительностью: разработка более чувствительных тестов может занять больше времени. Другим ключевым преимуществом этого формата теста по сравнению с другими иммуноанализами является простота теста, поскольку обычно требуется небольшая или не требуется подготовка образца или реагента. [26]

Патенты

Это высококонкурентная область, и ряд людей претендуют на патенты в этой области, в частности Alere (ранее Inverness Medical Innovations, теперь принадлежит Abbott ), которая владеет патентами [13], первоначально поданными Unipath . Патент США 6 485 982, который был оспорен, истек в 2019 году. Ряд других компаний также имеют патенты в этой области. Группа конкурентов оспаривает действительность патентов. [27] Первоначальный патент, по-видимому, датирован 1988 годом. [28] [29]

Приложения

Анализы бокового потока имеют широкий спектр применения и могут тестировать различные образцы, такие как моча, кровь, слюна, пот, сыворотка и другие жидкости. В настоящее время они используются клиническими лабораториями, больницами и врачами для быстрых и точных тестов на специфические целевые молекулы и экспрессию генов. Другие области применения анализов бокового потока — это безопасность пищевых продуктов и окружающей среды, а также ветеринарная медицина для химических веществ, таких как болезни и токсины. [2] Анализы бокового потока также широко используются для идентификации заболеваний, таких как лихорадка Эбола, но наиболее распространенными тестами на беременность являются домашние тесты [2] и тесты на SARS-CoV-2.

Тестирование на COVID-19

Быстрый тест на антиген COVID-19 с боковым потоком показал отрицательный результат

Анализы с латеральным потоком сыграли решающую роль в тестировании на COVID-19 , поскольку они позволяют получить результат в течение 15–30 минут. [30] Систематическая оценка анализов с латеральным потоком во время пандемии COVID-19 [31] была инициирована в Оксфордском университете в рамках сотрудничества Великобритании с Public Health England . Исследование FALCON-C19, начатое в июне 2020 года в Великобритании, подтвердило чувствительность некоторых устройств с латеральным потоком (LFD) в этой обстановке. [32] [33] [34] Четыре из 64 протестированных LFD имели желаемые характеристики производительности согласно этим ранним тестам; экспресс-тест Innova SARS-CoV-2 Antigen Rapid Qualitative Test показал умеренные результаты [34] в обнаружении вирусного антигена/чувствительности с превосходной специфичностью, хотя потенциальные проблемы заключались в частоте отказов наборов и влиянии обучения. [33] Специфичность теста Innova более широко разрекламирована, но чувствительность в испытаниях фазы 4 составила 50,1%. [35] Это описывает устройство, для которого один из каждых двух пациентов, инфицированных COVID-19 и прошедших тестирование в реальных условиях, получит ложноотрицательный результат. После закрытия школ в январе 2021 года в Англии были введены двухнедельные LFT для учителей, учеников и домохозяйств учеников, когда школы вновь открылись 8 марта 2021 года для бессимптомного тестирования. [36] Двухнедельные LFT стали общедоступными для всех в Англии 9 апреля 2021 года. [37] LFT использовались для массового тестирования на COVID-19 во всем мире [38] [39] [40] и дополняли другие меры общественного здравоохранения для COVID-19. [41]

Некоторые ученые за пределами правительства выразили серьезные опасения в конце 2020 года по поводу использования Innova LFD для скрининга на Covid. По словам Джона Дикса , профессора биостатистики в Университете Бирмингема , Англия, тест Innova «совершенно непригоден» для тестирования в сообществе: «поскольку тест может пропустить до половины случаев, отрицательный результат теста указывает на сниженный риск Covid, но не исключает Covid». [42] [43]

Чувствительность тестов, использованных в 2022 году, составила около 70%. [44]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Вайс, Алан (1 ноября 1999 г.). «Параллельная разработка для диагностики бокового потока». Технология IVD . Архивировано из оригинала 2014-04-15 . Получено 1 октября 2022 г.
  2. ^ abcdef Koczula, Katarzyna M.; Gallotta, Andrea (30 июня 2016 г.). «Анализы бокового потока». Essays in Biochemistry . 60 (1): 111–120. doi :10.1042/EBC20150012. PMC 4986465. PMID  27365041. 
  3. ^ Йетисен АК, Акрам М.С., Лоу CR (июнь 2013 г.). «Бумажные микрофлюидные диагностические устройства для точек оказания помощи». Lab on a Chip . 13 (12): 2210–51. doi :10.1039/C3LC50169H. PMID  23652632. S2CID  17745196.
  4. ^ "Введение в боковой поток". khufash.com . Архивировано из оригинала 28 июля 2012 . Получено 27 июля 2012 .
  5. ^ Hansson J, Yasuga H, Haraldsson T, van der Wijngaart W (январь 2016 г.). «Синтетическая микрофлюидная бумага: массивы полимерных микростолбиков с большой площадью поверхности и высокой пористостью». Lab on a Chip . 16 (2): 298–304. doi :10.1039/C5LC01318F. PMID  26646057.
  6. ^ Аб Вэйджин Го; Йонас Ханссон; Воутер ван дер Вейнгаарт (2016). «Микрожидкостная пропитка бумаги, независимая от вязкости» (PDF) . MicroTAS 2016, Дублин, Ирландия .
  7. ^ Крозье, Алекс; Раджан, Селина; Бьюкен, Иэн; Макки, Мартин (3 февраля 2021 г.). «Испытание: использование технологий быстрого тестирования на COVID-19». BMJ . 372 : Приложение, стр. 6. doi : 10.1136/bmj.n208 . PMID  33536228. S2CID  231775752. Таблица приложения 1, стр. 6.
  8. ^ "Антитела, белки, наборы ELISA". Abbexa . Получено 12 января 2022 г. Анализы с латеральным потоком, также известные как иммунохроматографические анализы с латеральным потоком [...] Технология основана на серии капиллярных слоев; таких как кусочки пористой бумаги, микроструктурированного полимера или спеченного полимера. Каждый из этих элементов обладает способностью транспортировать жидкость (например, мочу) спонтанно.
  9. ^ ab Haslam E (2007). «Растительные танины — уроки фитохимической жизни». Фитохимия . 68 (22–24): 2713–21. Bibcode : 2007PChem..68.2713H. doi : 10.1016/j.phytochem.2007.09.009. PMID  18037145.
  10. ^ Консден Р., Гордон А. Х., Мартин А. Дж. (1944). «Качественный анализ белков: метод разделительной хроматографии с использованием бумаги». Биохимический журнал . 38 (3): 224–32. doi :10.1042/bj0380224. PMC 1258072. PMID  16747784 . 
  11. ^ "Бумажная хроматография | химия". Encyclopedia Britannica . Получено 2018-06-01 .
  12. ^ Engvall, E (1972-11-22). "Твердофазный иммуноферментный анализ, Elisa". Журнал иммунологии . 109 (1): 129–135. doi : 10.4049/jimmunol.109.1.129 . ISSN  0022-1767. PMID  4113792.
  13. ^ ab патент США 6485982, Дэвид Э. Чарльтон, «Тестовое устройство и метод иммуноанализа цветных частиц», опубликовано 26 ноября 2002 г., передано Church & Dwight 
  14. ^ Quesada-González D, Merkoçi A (ноябрь 2015 г.). «Биосенсоры бокового потока на основе наночастиц». Биосенсоры и биоэлектроника . 73 (специальный): 47–63. doi :10.1016/j.bios.2015.05.050. hdl :10261/131760. PMID  26043315.
  15. ^ NanoHybrids. "Золотые наночастичные метки, специально разработанные для анализа латерального потока". NanoHybrids . Архивировано из оригинала 11 сентября 2021 г. Получено 29 сентября 2020 г.
  16. ^ Faulstich K, Gruler R, Eberhard M, Haberstroh K (июль 2007 г.). «Разработка быстрых мобильных систем POC. Часть 1: Устройства и приложения для иммунодиагностики с латеральным потоком». IVD Technology . 13 (6): 47–53. Архивировано из оригинала 2009-03-02 . Получено 2007-11-22 .
  17. ^ LaBorde RT, O'Farrell B (апрель 2002 г.). «Обнаружение парамагнитных частиц в анализах с латеральным потоком». IVD Technol . 8 (3): 36–41. Архивировано из оригинала 2010-03-01 . Получено 2007-11-22 .
  18. ^ "Магнитные иммуноферментные анализы: новая парадигма в POCT (архив IVDT, июль/авг 2008 г.)". Архивировано из оригинала 28 октября 2013 г. Получено 23 октября 2008 г.
  19. ^ abc nanoComposix. "Введение в диагностику латерального потока". nanoComposix . Получено 4 ноября 2019 г. .
  20. ^ "Detekt Biomedical LLC- Считыватели бокового потока для быстрого обнаружения тест-полосок и иммуноанализов". idetekt.com . Получено 6 июля 2017 г.
  21. ^ Го, Вэйджин; Ханссон, Йонас; Ван дер Вейнгаарт, Воутер (2016). «Капиллярная накачка, не зависящая от вязкости жидкого образца». Langmuir . 32 (48): 12650–12655. doi :10.1021/acs.langmuir.6b03488. PMID  27798835. S2CID  24662688.
  22. ^ Го, Вейджин; Ханссон, Йонас; Ван дер Вейнгаарт, Воутер (2017). «Капиллярная откачка с постоянной скоростью потока, независимой от вязкости образца жидкости и поверхностной энергии». 2017 IEEE 30-я Международная конференция по микроэлектромеханическим системам (MEMS). стр. 339–341. doi :10.1109/MEMSYS.2017.7863410. ISBN 978-1-5090-5078-9. S2CID  13219735.
  23. ^ Guo W, Hansson J, van der Wijngaart W (2018). «Капиллярная накачка, независимая от поверхностной энергии и вязкости жидкости». Микросистемы и наноинженерия . 4 (1): 2. Bibcode : 2018MicNa...4....2G. doi : 10.1038/s41378-018-0002-9. PMC 6220164. PMID  31057892. 
  24. ^ Трипати С, Кумар В, Прабхакар А, Джоши С, Агравал А (2015). «Пассивное разделение плазмы крови в микромасштабе: обзор принципов проектирования и микроустройств». J. Micromech. Microeng . 25 (8): 083001. Bibcode : 2015JMiMi..25h3001T. doi : 10.1088/0960-1317/25/8/083001. S2CID  138153068.
  25. ^ Guo W, Hansson J, van der Wijngaart W (май 2020 г.). «Синтетическая бумага отделяет плазму от цельной крови с низкой потерей белка». Аналитическая химия . 92 (9): 6194–6199. doi : 10.1021/acs.analchem.0c01474 . PMID  32323979.
  26. ^ Лю, Илинь; Чжань, Ли; Цинь, Чжэньпэн; Сакрисон, Джеймс; Бишоф, Джон К. (23 марта 2021 г.). «Сверхчувствительные и высокоспецифичные анализы бокового потока для диагностики в месте оказания медицинской помощи». ACS Nano . 15 (3): 3593–3611. doi : 10.1021/acsnano.0c10035 . ISSN  1936-0851. PMID  33607867. S2CID  231969545.
  27. ^ "Grassroots Web group challenges later-flow patents". Medical DeviceLink . Ноябрь 2000 г. Архивировано из оригинала 8 июля 2001 г.
  28. ^ "Датчики бокового потока". www.sensor100.com . Получено 2024-04-18 .
  29. ^ US6485982B1, Чарльтон, Дэвид Э., «Тестовое устройство и метод иммуноанализа цветных частиц», выпущенный 2002-11-26 
  30. ^ Гульельми Г. (сентябрь 2020 г.). «Быстрые тесты на коронавирус: что они могут и чего не могут». Nature . 585 (7826): 496–498. Bibcode :2020Natur.585..496G. doi :10.1038/d41586-020-02661-2. PMID  32939084. S2CID  221768935.
  31. ^ "Руководство: Первая волна оценки технологии бокового потока (LFT) без использования машин". GOV.UK. 11 января 2021 г. Получено 20 января 2021 г.
  32. ^ «Оксфордский университет и PHE подтверждают высокую чувствительность тестов с боковым потоком». GOV.UK. 11 ноября 2020 г.
  33. ^ ab "FALCON — CONDOR Platform". www.condor-platform.org . Получено 25 ноября 2020 г. .
  34. ^ ab Peto T (июнь 2021 г.). «COVID-19: Быстрое обнаружение антигена SARS-CoV-2 методом иммунохроматографического анализа: национальная систематическая оценка чувствительности и специфичности для массового тестирования». eClinicalMedicine . 36 : 100924. doi :10.1016/j.eclinm.2021.100924. PMC 8164528 . PMID  34101770. S2CID  231609922. 
  35. ^ Wolf A, Hulmes J, Hopkins H (10 марта 2021 г.). "Специфичность устройства с латеральным потоком в фазе 4 (постмаркетингового) наблюдения" (PDF) . gov.uk . Архивировано (PDF) из оригинала 2022-08-14.
  36. ^ "Асимптоматическое тестирование на коронавирус (COVID-19) в школах и колледжах". GOV.UK . Получено 2021-05-27 .
  37. ^ "Дважды в неделю экспресс-тестирование будет доступно всем в Англии". GOV.UK . 2021-04-05 . Получено 2021-05-27 .
  38. ^ «Словакия проводит массовое тестирование на Covid двух третей населения». The Guardian . Agence France-Presse. 2 ноября 2020 г. ISSN  0261-3077.
  39. ^ Питер Литтлджонс (6 ноября 2020 г.). «В Великобритании испытывают метод бокового потока для диагностики Covid-19 — как это работает?». NS Medical Devices .
  40. ^ "Округ Мертир-Тидвил станет первым районом, где пройдут испытания в Уэльсе". ГУБЕРНАТОР УЭЛЬСА . 18 ноября 2020 г.
  41. ^ «Тестирование населения на SARS-CoV-2: опыт стран и потенциальные подходы в ЕС/ЕЭЗ и Соединенном Королевстве». Европейский центр профилактики и контроля заболеваний . 19 августа 2020 г.
  42. ^ Берк М. (18 ноября 2020 г.). «Ученые призывают к осторожности при использовании тестов с латеральным потоком для скрининга на Covid-19». Chemistry World .Критика LFD для тестирования на COVID несколькими экспертами с подробным числовым обсуждением.
  43. ^ Deeks J, Raffle A, Gill M (12 января 2021 г.). «Covid-19: правительство должно срочно пересмотреть вопрос о развертывании теста на боковой поток». Мнение BMJ .
  44. ^ Tapari A, Braliou GG, Papaefthimiou M, Mavriki H, Kontou PI, Nikolopoulos GK, Bagos PG (4 июня 2022 г.). «Производительность тестов на обнаружение антигенов для SARS-CoV-2: систематический обзор и метаанализ». Диагностика . 12 (6): 1388. doi : 10.3390/diagnostics12061388 . PMC 9221910. PMID  35741198 . 

Дальнейшее чтение