Новый биосенсор выглядит как тест-полоска с двумя реакционными линиями. Изображение: пресс-служба МФТИ
Технология разработана учеными ИОФ РАН и МФТИ и основана на магнитных наночастицах. Метод позволит определять концентрации белковых молекул в различных образцах, включая непрозрачные и сильно окрашенные жидкости.
Магнитные наночастицы, используемые в работе, способны соединяться с антителами к различным белкам, а сенсор на их основе работает следующим образом. На один край пластины капают исследуемую жидкость, смешанную с наночастицами (они уже соединены с антителами и за счет этого способны связывать нужные белки). Жидкость течет по пластинке и доходит сначала до тестовой линии, где задерживаются только частицы, связанные с белком, а потом до контрольной — там оседают уже только свободные наночастицы. В результате контрольная линия работает в любом случае, если только сенсор не вышел из строя (например, из-за неправильного хранения), а на тестовой полоске остается тем больше белка, чем больше его было в исследуемом образце (см. рис.1)
Рис.1 Схематическое изображение биосенсора. Антиген — анализируемый белок, MP — магнитная наночастица с прикрепленным к анализируемому белку антителом. Тестовые антитела (голубые Y) задерживают анализируемый белок, а контрольные (желтые Y) — антитела вместе с наночастицами. Изображение предоставлено пресс-службой МФТИ
«Традиционно тесты, которые можно проводить не только в условиях лаборатории, но и в полевых условиях, основаны на применении флуоресцентных или окрашенных меток, а результаты определяются визуально, «на глазок», либо с помощью видеокамеры, — говорит Алексей Орлов, ведущий автор исследования и научный сотрудник ИОФ РАН. — Мы же используем магнитные частицы, которые обладают существенным преимуществом: с их помощью можно проводить анализ, даже окунув тест-полоску в полностью непрозрачную жидкость, скажем, определять вещества непосредственно в цельной крови. Точное численное измерение выполняется строго электронным способом с помощью портативного прибора. Ситуации «то ли да, то ли нет» абсолютно исключены».
Кроме высокой чувствительности разработка обладает большим динамическим диапазоном: верхний порог определяемой концентрации превышает нижний более чем в 4000 раз. Работу своей системы ученые протестировали, измеряя в крови концентрацию простат-специфического антигена (ПСА) — одного из предвестников рака простаты у мужчин. Кроме того, анализ на ПСА используется в криминалистике для обнаружения следов семенной жидкости.
Тестирование биосенсора
«Оба применения (диагностика рака и криминалистика) связаны с определенными ограничениями и не позволяют однозначно поставить диагноз/доказать вину подозреваемых, но возможности новой биосенсорной платформы не ограничиваются анализом ПСА; данный белок был выбран лишь для демонстрации».
Новый сенсор реагировал при концентрации ПСА вплоть до 0,025 нг/мл при норме 4 нг/мл. Такой чувствительности вполне достаточно, чтобы, например, понять, не начался ли рецидив после удаления предстательной железы.
Разработанный биосенсор можно использовать не только для медицинской диагностики, но и для анализа пищевых продуктов, лекарств и мониторинга окружающей среды. Исследование опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics.
