stringtranslate.com

Испытание бокового потока

Иллюстрация НАСА анализа бокового потока.

Тест латерального потока ( LFT ) [1] представляет собой анализ, также известный как устройство латерального потока ( LFD ), иммунохроматографический анализ латерального потока или быстрый тест . Это простое устройство, предназначенное для обнаружения присутствия целевого вещества в жидкой пробе без необходимости использования специализированного и дорогостоящего оборудования. LFT широко используются в медицинской диагностике в домашних условиях, на местах и ​​в лаборатории. Например, домашний тест на беременность представляет собой 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 специального оборудования. [3] Поскольку целевым веществом часто является биологический антиген , многие тесты с латеральным потоком представляют собой быстрые тесты на антиген (RAT или ART).

LFT работают на тех же принципах аффинной хроматографии , что и иммуноферментные анализы ( ELISA ). По сути, эти тесты проводят образец жидкости по поверхности подушечки с реактивными молекулами, которые показывают визуальный положительный или отрицательный результат. Подушечки основаны на ряде капиллярных слоев, таких как кусочки пористой бумаги, [4] микроструктурированный полимер , [5] [6] или спеченный полимер. [7] Каждая из этих подушечек способна спонтанно транспортировать жидкость (например, мочу, кровь, слюну). [8]

Подушечка для проб действует как губка и удерживает избыток жидкости пробы. После впитывания жидкость течет ко второй площадке для конъюгата, в которой производитель хранит лиофилизированные биологически активные частицы, называемые конъюгатами (см. ниже), в матрице соль-сахар. Подушечка конъюгата содержит все реагенты, необходимые для оптимизированной химической реакции между молекулой-мишенью (например, антигеном ) и ее химическим партнером (например, антителом ), иммобилизованным на поверхности частицы. Это маркирует целевые частицы, когда они проходят через площадку и продолжают путь к тестовой и контрольной 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 подушечке конъюгата. Пройдя эти реакционные зоны, жидкость попадает в конечный пористый материал — фитиль, который действует просто как контейнер для отходов.

LFT могут работать как конкурентные или сэндвич-анализы .

История

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

Краткое содержание

Цветные частицы

В принципе, можно использовать любые цветные частицы, но чаще всего используют латекс (синий цвет) или частицы нанометрового размера [14] золота ( красный цвет). Частицы золота имеют красный цвет из-за локализованного поверхностного плазмонного резонанса . [15] Также можно использовать частицы с флуоресцентной [16] или магнитной [17] [18] меткой, но для этого требуется использование электронного считывателя для оценки результата теста.

Сэндвич-анализы

Разница между сэндвич-анализом и конкурентными форматами анализа в тестах с латеральным потоком [ необходимы разъяснения ]

Сэндвич-анализы обычно используются для более крупных аналитов, поскольку они имеют тенденцию иметь несколько сайтов связывания. [19] По мере прохождения образца через анализ он сначала сталкивается с конъюгатом, который представляет собой антитело, специфичное к целевому аналиту, помеченное визуальной меткой, обычно коллоидным золотом. Антитела связываются с целевым аналитом в образце и мигрируют вместе, пока не достигнут тест-линии. Тестовая линия также содержит иммобилизованные антитела, специфичные к целевому аналиту, которые связываются с молекулами конъюгата, связанными с мигрированным аналитом. Затем тестовая линия демонстрирует визуальное изменение из-за концентрированной визуальной метки, что подтверждает наличие целевых молекул. Большинство сэндвич-анализов также имеют контрольную линию, которая появляется независимо от того, присутствует или нет целевой аналит, чтобы гарантировать правильное функционирование пластины латерального 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 аналитов меньшего размера, поскольку аналиты меньшего размера имеют меньше сайтов связывания. [19] В образце сначала обнаруживаются антитела к целевому аналиту, помеченные визуальной меткой (цветные частицы). Тестовая линия содержит целевой аналит, зафиксированный на поверхности. Когда целевой аналит отсутствует в образце, несвязанное антитело будет связываться с этими фиксированными молекулами аналита, что означает, что будет виден визуальный маркер. И наоборот, когда целевой аналит присутствует в образце, он связывается с антителами, предотвращая их связывание с фиксированным аналитом в тест-линии, и, таким образом, визуальный маркер не проявляется. Он отличается от сэндвич-анализа тем, что отсутствие полосы означает присутствие аналита. [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 количественных результатов анализа. Используя уникальные длины волн света для освещения в сочетании с технологией обнаружения CMOS или CCD , можно получить насыщенное сигналами изображение реальных тестовых линий. Используя алгоритмы обработки изображений, специально разработанные для конкретного типа теста и среды, интенсивность линий можно затем соотнести с концентрацией аналита. Одна из таких портативных платформ для устройств с боковым потоком изготовлена ​​ООО «Детект Биомедикал» [20]. Альтернативные неоптические методы также позволяют сообщать о результатах количественных анализов. Одним из таких примеров является магнитный иммуноанализ (МИА) в форме LFT, который также позволяет получить количественный результат. Уменьшение изменений в капиллярной перекачке пробы жидкости — еще один подход к переходу от качественных результатов к количественным. Недавние работы, например, продемонстрировали капиллярную перекачку с постоянной скоростью потока , независимой от вязкости жидкости и поверхностной энергии . [6] [21] [22] [23]

Линия управления

Контрольная полоска этого теста на беременность пуста, что делает тест недействительным.

В большинстве тестов используется вторая линия, содержащая дополнительное антитело (неспецифическое к анализируемому веществу), которое связывает некоторые оставшиеся окрашенные частицы, которые не связались с тестовой линией. Это подтверждает, что жидкость успешно прошла с подушечки для нанесения образца мимо тестовой линии. [2] Подтверждение того, что образец имел возможность взаимодействовать с тестовой линией, 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 ). результат в конкурентном анализе).

Экстракция плазмы крови

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

Скорость и простота

Время получения результата теста является ключевым фактором для этих продуктов. Результаты тестов могут быть доступны уже через 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 мало или вообще не требуется подготовка проб или реагентов. [26]

Патенты

Это область с высокой конкуренцией, и многие люди претендуют на патенты в этой области, в первую очередь Alere (ранее Inverness Medical Innovations, теперь принадлежащая Abbott ), которой принадлежат патенты [13], первоначально поданные Unipath . Срок действия патента США № 6 485 982, по которому ведется судебное разбирательство, истек в 2019 году. Ряд других компаний также имеют патенты в этой области. Группа конкурентов оспаривает действительность патентов. [27] Оригинальный патент, очевидно, датирован 1988 годом. [28] [29]

Приложения

Анализы латерального потока имеют широкий спектр применений 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 быстрого и точного тестирования конкретных целевых молекул и экспрессии генов. Другими сферами применения анализов латерального потока являются безопасность пищевых продуктов и окружающей среды, а также ветеринарная медицина для определения химических веществ, таких как болезни и токсины. [2] LFT также широко используются для выявления таких заболеваний, как Эбола, но наиболее распространенными LFT являются тесты на домашнюю беременность [2] и тесты на SARS-CoV-2.

Тестирование на COVID-19

Быстрый тест бокового потока антигена COVID-19 показал отрицательный результат

Анализы латерального потока сыграли решающую роль в тестировании на COVID-19 , поскольку их преимущество заключается в том, что они дают результат через 15–30 минут. [30] Систематическая оценка анализов латерального потока во время пандемии COVID-19 [31] была начата в Оксфордском университете в рамках сотрудничества Великобритании с Общественным здравоохранением Англии . Исследование FALCON-C19, начавшееся в июне 2020 года в Великобритании, подтвердило чувствительность некоторых устройств с латеральным потоком (LFD) в этих условиях. [32] [33] [34] Согласно этим ранним тестам, четыре из 64 протестированных LFD имели желаемые эксплуатационные характеристики; Быстрый качественный тест на антиген Innova SARS-CoV-2 показал умеренные результаты [34] по обнаружению/чувствительности вирусного антигена с превосходной специфичностью, хотя потенциальными проблемами были процент неудачных наборов и влияние обучения. [33] Специфичность теста Innova более широко известна, но чувствительность в исследованиях 4 фазы составила 50,1%. [35] Здесь описывается устройство, для которого каждый второй пациент, инфицированный COVID-19 и протестированный в реальных условиях, получит ложноотрицательный результат. После закрытия школ в январе 2021 года в Англии были введены тесты LFT раз в две недели для учителей, учеников и семей учеников, когда школы вновь открылись 8 марта 2021 года для бессимптомного тестирования. [36] 9 апреля 2021 года LFT стали общедоступными для всех в Англии. [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]

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

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ↑ Вайс, Алан (1 ноября 1999 г.). «Сопутствующий инжиниринг для диагностики бокового потока». Технология IVD . Архивировано из оригинала 15 апреля 2014 г. Проверено 1 октября 2022 г.
  2. ^ abcdef Кочула, Катажина М.; Галлотта, Андреа (30 июня 2016 г.). «Анализ латерального потока». Очерки по биохимии . 60 (1): 111–120. дои : 10.1042/EBC20150012. ПМЦ 4986465 . ПМИД  27365041. 
  3. ^ Йетисен АК, Акрам М.С., Лоу CR (июнь 2013 г.). «Бумажные микрофлюидные диагностические устройства для мест оказания медицинской помощи». Лаборатория на чипе . 13 (12): 2210–51. дои : 10.1039/C3LC50169H. PMID  23652632. S2CID  17745196.
  4. ^ «Введение в боковой поток». khufash.com . Архивировано из оригинала 28 июля 2012 года . Проверено 27 июля 2012 г.
  5. ^ Ханссон Дж., Ясуга Х., Харальдссон Т., ван дер Вейнгаарт В. (январь 2016 г.). «Синтетическая микрофлюидная бумага: массивы полимерных микростолбиков с большой площадью поверхности и высокой пористостью». Лаборатория на чипе . 16 (2): 298–304. дои : 10.1039/C5LC01318F. ПМИД  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». БМЖ . 372 : Приложение стр. 6. дои : 10.1136/bmj.n208 . PMID  33536228. S2CID  231775752. Приложение Таблица 1, стр. 6.
  8. ^ «Антитела, белки, наборы ИФА» . Аббекса . Проверено 12 января 2022 г. Анализ латерального потока, также известный как иммунохроматографический анализ латерального потока [...] Технология основана на ряде капиллярных слоев; такие как кусочки пористой бумаги, микроструктурированный полимер или спеченный полимер. Каждый из этих элементов обладает способностью спонтанно транспортировать жидкость (например, мочу).
  9. ^ аб Хаслам Э (2007). «Растительные танины – уроки фитохимической жизни». Фитохимия . 68 (22–24): 2713–21. Бибкод : 2007PChem..68.2713H. doi :10.1016/j.phytochem.2007.09.009. ПМИД  18037145.
  10. ^ Консден Р., Гордон А.Х., Мартин А.Дж. (1944). «Качественный анализ белков: метод распределительной хроматографии на бумаге». Биохимический журнал . 38 (3): 224–32. дои : 10.1042/bj0380224. ПМК 1258072 . ПМИД  16747784. 
  11. ^ «Бумажная хроматография | химия» . Британская энциклопедия . Проверено 1 июня 2018 г.
  12. ^ Энгвалл, Э (22 ноября 1972). «Имуноферментный анализ, Элиза». Журнал иммунологии . 109 (1): 129–135. дои : 10.4049/jimmunol.109.1.129 . ISSN  0022-1767. ПМИД  4113792.
  13. ^ ab Патент США 6485982, Дэвид Э. Чарльтон, «Тестовое устройство и метод иммуноанализа цветных частиц», опубликованный 26 ноября 2002 г., переданный Church & Dwight. 
  14. ^ Кесада-Гонсалес Д., Меркоси А. (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. ПМИД  26043315.
  15. ^ Наногибриды. «Этикетки из золотых наночастиц, специально разработанные для анализов в латеральном потоке». Наногибриды . Архивировано из оригинала 11 сентября 2021 года . Проверено 29 сентября 2020 г.
  16. ^ Фаулстих К., Грулер Р., Эберхард М., Хаберстро К. (июль 2007 г.). «Разработка быстрых мобильных POC-систем. Часть 1: Устройства и приложения для иммунодиагностики в латеральном потоке». Технология IVD . 13 (6): 47–53. Архивировано из оригинала 2 марта 2009 г. Проверено 22 ноября 2007 г.
  17. ^ LaBorde RT, О'Фаррелл Б. (апрель 2002 г.). «Обнаружение парамагнитных частиц в анализах с боковым потоком». ИВД Технол . 8 (3): 36–41. Архивировано из оригинала 1 марта 2010 г. Проверено 22 ноября 2007 г.
  18. ^ «Магнитный иммуноанализ: новая парадигма в POCT (архив IVDT, июль/август 2008 г.)» . Архивировано из оригинала 28 октября 2013 года . Проверено 23 октября 2008 г.
  19. ^ abc nanoComposix. «Введение в экспресс-диагностику латерального потока». наноКомпозикс . Проверено 4 ноября 2019 г.
  20. ^ «ООО «Детект Биомедикал» - Считыватели бокового потока для быстрого обнаружения тест-полосок и иммуноанализа» . idetekt.com . Проверено 6 июля 2017 г.
  21. ^ Го, Вэйджин; Ханссон, Йонас; Ван дер Вейнгаарт, Воутер (2016). «Капиллярная откачка, не зависящая от вязкости жидкого образца». Ленгмюр . 32 (48): 12650–12655. doi : 10.1021/acs.langmuir.6b03488. PMID  27798835. S2CID  24662688.
  22. ^ Го, Вэйджин; Ханссон, Йонас; Ван дер Вейнгаарт, Воутер (2017). «Капиллярная откачка с постоянным расходом, не зависящим от вязкости пробы жидкости и поверхностной энергии». 2017 30-я Международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам (MEMS). стр. 339–341. doi : 10.1109/MEMSYS.2017.7863410. ISBN 978-1-5090-5078-9. S2CID  13219735.
  23. ^ Го В., Ханссон Дж., ван дер Вейнгаарт В. (2018). «Капиллярная перекачка независимо от поверхностной энергии и вязкости жидкости». Микросистемы и наноинженерия . 4 (1): 2. Бибкод : 2018MicNa...4....2G. дои : 10.1038/s41378-018-0002-9. ПМК 6220164 . ПМИД  31057892. 
  24. ^ Трипати С., Кумар В., Прабхакар А., Джоши С., Агравал А. (2015). «Пассивное разделение плазмы крови на микроуровне: обзор принципов проектирования и микроустройств». Дж. Микромехан. Микроинж . 25 (8): 083001. Бибкод : 2015JMiMi..25h3001T. дои : 10.1088/0960-1317/25/8/083001. S2CID  138153068.
  25. ^ Го В., Ханссон Дж., ван дер Вейнгаарт В. (май 2020 г.). «Синтетическая бумага отделяет плазму от цельной крови с низкой потерей белка». Аналитическая химия . 92 (9): 6194–6199. дои : 10.1021/acs.analchem.0c01474 . ПМИД  32323979.
  26. ^ Лю, Илинь; Жан, Ли; Цинь, Чжэньпэн; Сакрисон, Джеймс; Бишоф, Джон К. (23 марта 2021 г.). «Сверхчувствительные и высокоспецифичные анализы латерального потока для диагностики на месте». АСУ Нано . 15 (3): 3593–3611. дои : 10.1021/acsnano.0c10035 . ISSN  1936-0851. PMID  33607867. S2CID  231969545.
  27. ^ «Массивная веб-группа, оспаривающая патенты на боковой поток» . Медицинское устройствоСсылка . Ноябрь 2000 г. Архивировано из оригинала 8 июля 2001 г.
  28. ^ «Датчики бокового потока» . www.sensor100.com . Проверено 18 апреля 2024 г.
  29. ^ US6485982B1, Чарльтон, Дэвид Э., «Тестовое устройство и метод иммуноанализа цветных частиц», выпущено 26 ноября 2002 г. 
  30. ^ Гульельми Дж. (сентябрь 2020 г.). «Быстрые тесты на коронавирус: что можно и чего нельзя». Природа . 585 (7826): 496–498. Бибкод : 2020Natur.585..496G. дои : 10.1038/d41586-020-02661-2. PMID  32939084. S2CID  221768935.
  31. ^ «Руководство: первая волна оценки немашинной технологии бокового потока (LFT)» . GOV.UK. ​11 января 2021 г. Проверено 20 января 2021 г.
  32. ^ «Оксфордский университет и PHE подтверждают высокую чувствительность тестов на боковой поток» . GOV.UK. ​11 ноября 2020 г.
  33. ^ ab «Платформа FALCON — CONDOR». www.condor-platform.org . Проверено 25 ноября 2020 г.
  34. ^ аб Пето Т (июнь 2021 г.). «COVID-19: Быстрое обнаружение антигена SARS-CoV-2 с помощью анализа латерального потока: национальная систематическая оценка чувствительности и специфичности массового тестирования». Электронная клиническая медицина . 36 : 100924. doi : 10.1016/j.eclinm.2021.100924. ПМК 8164528 . PMID  34101770. S2CID  231609922. 
  35. ↑ Вольф А., Халмс Дж., Хопкинс Х. (10 марта 2021 г.). «Специфика устройства с боковым потоком на этапе 4 (постмаркетингового) наблюдения» (PDF) . gov.uk. ​Архивировано (PDF) из оригинала 14 августа 2022 г.
  36. ^ «Бессимптомное тестирование на коронавирус (COVID-19) в школах и колледжах» . GOV.UK. ​Проверено 27 мая 2021 г.
  37. ^ «Быстрое тестирование два раза в неделю будет доступно каждому в Англии» . GOV.UK. ​05.04.2021 . Проверено 27 мая 2021 г.
  38. ^ «Словакия проводит массовое тестирование двух третей населения на Covid» . Хранитель . Агентство Франс-Пресс. 2 ноября 2020 г. ISSN  0261-3077.
  39. ↑ Питер Литтлджонс (6 ноября 2020 г.). «Великобритания тестирует тест бокового потока на Covid-19 – как это работает?». Медицинские изделия Н.С.
  40. ^ «Район округа Мертир-Тидвил станет первым пилотом-испытателем всей территории в Уэльсе» . ПРАВИТЕЛЬСТВО УЭЛЬСА . 18 ноября 2020 г.
  41. ^ «Популяционное тестирование SARS-CoV-2: опыт стран и потенциальные подходы в ЕС/ЕЭЗ и Великобритании». Европейский центр профилактики и контроля заболеваний . 19 августа 2020 г.
  42. ^ Берк М. (18 ноября 2020 г.). «Ученые призывают с осторожностью использовать тесты с боковым потоком для выявления Covid-19». Химический мир .Критика LFD для тестирования Covid со стороны нескольких экспертов с подробным численным обсуждением.
  43. ↑ Дикс Дж., Раффл А., Гилл М. (12 января 2021 г.). «Covid-19: правительство должно срочно переосмыслить проведение испытаний на боковой поток». Мнение БМЖ .
  44. ↑ Тапари А., Бралиу Г.Г., Папаефтимиу М., Маврики Х., Конту П.И., Николопулос Г.К., Багос П.Г. (4 июня 2022 г.). «Эффективность тестов на обнаружение антигена SARS-CoV-2: систематический обзор и метаанализ». Диагностика . 12 (6): 1388. doi : 10.3390/diagnostics12061388 . ПМК 9221910 . ПМИД  35741198. 

дальнейшее чтение