CC BY
6sovbtv™ физика биологических и медицинских приложений
ФИЗИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ
Высокочувствительная иммуноаналитическая платформа на основе функционализированных магнитных наночастиц для количественной детекции внеклеточных везикул
Брагина В.А.1, Гутенева Н.В.1, Новичихин Д.О.1, 1 12 1 Веремьева М.В. , Черкасов В.Р. ' , Буренин А.Г.
1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова
Российской академии наук, Москва 2- Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Долгопрудный
Е-mail: bragina_vera@nsc. gpi. ru
В медицинской практике большое внимание уделяется инновационному подходу «жидкой биопсии», предназначенному для более быстрой и менее инвазивной диагностики онкологических заболеваний и контроля эффективности их лечения. Внеклеточные везикулы, секретируемые различными клетками в биологические жидкости организма (кровь, слюна, моча и др.) могут использоваться в качестве источника диагностических биомаркеров рака для жидкой биопсии. Тем не менее, применение диагностического потенциала внеклеточных везикул в рутинной клинической практике ограничивается сложностью, трудоёмкостью, высокой стоимостью, или недостаточной чувствительностью доступных методов их регистрации.
Целью нашего исследования явилась разработка высокочувствительной, простой и удобной в использовании иммуноаналитической платформы на основе
функционализированных магнитных наночастиц (МНЧ) для количественной детекции внеклеточных везикул, выделенных из различных биологических жидкостей (кондиционированных культуральных сред и сыворотки крови человека).
Внеклеточные везикулы были выделены из супернатанта культур клеток рака молочной железы, а также сыворотки крови пациентов с раком молочной железы и здоровых доноров, и
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-------------1Е НЕДЕЛИ»
19-21 октября 2021 г
охарактеризованы с помощью современных методов: анализа траекторий наночастиц, просвечивающей электронной микроскопии, проточной цитометрии.
Разработанная иммуноаналитическая платформа основана на сэндвич-формате иммунохроматографического анализа с использованием функционализированных МНЧ в качестве нанометок в сочетании с уникальным по чувствительности методом их регистрации. Методика функционализации магнитных наночастиц антителами против широкого спектра поверхностных белковых маркеров внеклеточных везикул подробно описана в работе [1].
Регистрация иммунокомплексов «функционализированные МЧ — внеклеточные везикулы», задержавшихся на тестовой линии иммунохроматографической тест-полоски осуществлялась с помощью высокочувствительного метода количественного определения МНЧ, основанного на нелинейном намагничивании МЧ переменным магнитным полем на двух частотах и регистрации отклика на комбинаторных частотах [2]. Магнитные ридеры нового поколения, использованные в данном исследовании, позволяют детектировать 0.4 нг МНЧ в объёме 0.2 мл и демонстрируют рекордный линейный динамический диапазон 7 порядков [3]. Такие регистраторы были успешно протестированы для одно- и многопараметрических анализов для высокочувствительной детекции различных аналитов в сложных средах [4, 5] и характеристики взаимодействий «биоконъюгат МНЧ — мишень» [6].
Продемонстрирована возможность использования
разработанной платформы для количественного определения внеклеточных везикул с использованием поверхностных мембранных белков CD9, CD81, CD63 и ЕрСАМ в качестве мишеней. Платформа обеспечивает чувствительность на уровне 1.3*107 везикул на тест и широкий динамический диапазон более 2 порядков. Достигнутый предел детекции на 1-2 порядка лучше, чем у наиболее чувствительных иммунохроматографических анализов и коммерческих иммуноферментных тест-систем для детекции везикул. Такая высокая чувствительность достигается за счёт комбинации сэндвич-формата иммунохроматографического анализа с ультрачувствительной регистрацией иммунных комплексов «функционализированные МНЧ — внеклеточные везикулы» по всему объёму тест-полоски. Специфичность образования иммунных
™™дыГу™ физика биологических и медицинских приложений
комплексов была продемонстрирована с помощью визуализирующей проточной цитометрии.
Кроме того, платформа была протестирована для количественной детекции везикул, выделенных из клинических образцов сыворотки крови пациентов с раком молочной железы и здоровых доноров.
Разработанная простая и удобная в использовании иммуноаналитическая платформа для высокочувствительной количественной детекции везикул перспективна для ранней диагностики онкологических заболеваний и рутинного определения клинически-значимых опухоль-ассоциированных биомаркеров для жидкой биопсии.
Авторы выражают благодарность научному руководителю к.ф.-м.н. Никитину П.И., а также к.б.н. Хомяковой Е.Б. и к.б.н. Назаренко И. за постановку научной задачи, помощь в измерениях и обсуждение результатов.
1. Bragina V.A., Orlov A.V., Znoyko S.L., et al. Anal. Methods. 2021, 13, 2424-2433.
2. Nikitin M.P., Orlov A.V., Sokolov I.L., et al. Nanoscale. 2018, 10, 11642-11650.
3. Nikitin M.P., Orlov A.V., Znoyko S.L., et al. J. Magn. Magn. Mat. 2018,459,260-264.
4. Bragina V.A., Znoyko S.L., Orlov A.V., et al. Anal. Chem. 2019, 91, 9852-9857.
5. Guteneva N.V., Znoyko S.L., Orlov A.V., et al. Microchim. Acta. 2019, 186, 621.
6. Pushkarev A.V, Orlov A.V., Znoyko S.L., et al. Sensors. 2021, 21, 2802.
