Иммуноанализ, который выявляет антитела болезнетворных инфекций и следовые количества биомаркеров самих патогенов в организме, можно сделать быстро (за минуты) и достаточно точно. Это продемонстрировали ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино (совместно с коллегами из ЦНИИ туберкулеза в Москве) на примере туберкулезной микобактерии. Они усовершенствовали экспресс-иммуноанализ, добившись большой точности диагностики для образцов с очень малой концентрацией биомаркера инфекции. Это позволит выявлять туберкулез на самой начальной стадии, когда болезнь еще явно не проявилась клинически. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Analytica Chimica Acta.

Иммуноанализ много десятков лет применяют в медицине для определения инфекций. Этот метод основан на связывании антигенов (белков патогена) с антителами — белками, которые образуются в организме в ответ на чужеродное вторжение. Стандартный иммуноанализ занимает 3–4 часа, а для визуализации связанных антител обычно используют флуоресцентные метки. Проблема в том, что для работы с образцами с низким содержанием антител у стандартного иммуноанализа не хватает чувствительности.

В лаборатории наноструктур и нанотехнологий ИТЭБ РАН под руководством Виктора Морозова несколько лет назад стали разрабатывать совершенно новый метод иммуноанализа, основанный на электрофорезе. Для визуализации связывания молекул антител они использовали магнитные метки. В новой работе им удалось существенно повысить точность метода, установив условия, при которых количество связанных с микрочипом магнитных меток линейно зависит от концентрации анализируемых антител.

ИТЭБ РАН. Проточная ячейка для иммуноанализа на основе электрофореза

На целлофановую мембрану ученые наносили пятна секретируемых антигенов туберкулеза и антител к этим антигенам. Получившийся микрочип они помещали в самодельное устройство для электрофореза (проточную ячейку) и пропускали через него плазму крови. Чтобы не ждать, пока молекулы антитела случайно наткнутся на антигены на микрочипе, ученые прикладывали электрическое поле в ячейке так, что отрицательно заряженные антитела смещались из потока в сторону мембраны и концентрировались на микрочипе. Таким образом связывание антител с антигенами происходило очень быстро. Далее через ячейку пропускали суспензию магнитных частиц, несущих антитела, которые также буквально за секунды попадали на микрочип. Образцы анализировали под микроскопом, подсчитывая с помощью специального софта число магнитных частиц и сравнивая их с положительным контролем. Количественная оценка в иммуноанализе необходима, чтобы соотносить результаты с нормой и выявлять таким образом патологию.

На следующем этапе ученым предстоит приспособить свой метод для работы с образцами выдыхаемого воздуха, где содержатся микрокапли легочной жидкости. В таких образцах очень мало антител к туберкулезу — фемтограммы. Стандартный иммуноанализ на таких концентрациях бесполезен. Конечная же цель работы — создать неинвазивный метод ранней диагностики туберкулеза легких, то есть отличать человека, который начал заболевать туберкулезом, от здорового человека.

Созданный в ИТЭБ метод иммуноанализа можно будет применять для определения других инфекций, вызываемых различными стафилококками, холерным вибрионом, кишечной палочкой и другими патогенами. Он поможет в экстренных случаях, когда нужно срочно сделать анализ у человека с воспалением непонятной природы, чтобы как можно скорее начать правильное лечение.

Разработку бесконтактного метода выявления туберкулеза ученых из ИТЭБ РАН поддержал Российский научный фонд.