5. Feasibility of the Immune Microsphere Imaging for Antigen and Antibody Detection

Większość antygenów to białka, podczas gdy kilka to polisacharydy, kwasy nukleinowe i inne substancje, a wszystkie przeciwciała to białka. Ponieważ białko zawiera dużą ilość amido i karboksylowych, te polarne grupy powodują, że cząstki koloidalne wytwarzają ładunek elektryczny w wyniku działania elektrostatycznego, a cząstki o tym samym ładunku były odpychane od siebie. Jednocześnie grupy polarne, które są silnie hydrofilowe, reagują z cząsteczkami wody i tworzą warstwę hydratacyjną w celu wytworzenia hydrofilowego koloidu, zapewniając, że białko nie aglomeruje się, tworząc osad, tak że cząstki koloidalne są równomiernie rozproszone w roztworze .

Gdy antygen jest połączony z przeciwciałem, ładunek elektryczny cząstek koloidalnych zmniejsza się lub zanika, a warstwa hydratacyjna również zanika lub staje się cienka. Białko zmienia się z koloidu hydrofilowego w koloid hydrofobowy. W środowisku elektrolitu, cząstki koloidalne dalej aglomerują się tworząc kompleksy antygen-przeciwciało, które mogą być realizowane przez oczy. Współczynniki załamania światła hydrofilowego i hydrofobowego koloidu są znacząco różne. Dlatego też, technika ta może monitorować dynamiczne zmiany współczynnika załamania światła, aby ocenić czy w roztworze zachodzą reakcje antygenu i przeciwciała. Krzywa standardowa może być ustalona zgodnie z zależnością pomiędzy stężeniem antygenu i przeciwciała a czasem ich reakcji. Kompleks staje się większy w procesie reakcji antygen-przeciwciało, a zmiana współczynnika załamania światła również staje się bardziej oczywista. Wykorzystując krzywą standardową, łatwo jest określić ilościowo stężenie wykrytego przeciwciała lub antygenu.

Zademonstrowano, że przeciwciało, które jest komplementarne do epitopów różnych antygenów, rzeczywiście wywoła podobny przyrost RI w reakcji Ag-Ab za pomocą testu immunologicznego z obrazowaniem mikrosoczewkowym. Jak pokazano na rysunkach 4(b) i 4(c), pomiary antygenów przeprowadzono przy użyciu Ab wychwytującego i Ab sondującego lub Ab monoklonalnego i Ab poliklonalnego dla określonego antygenu. Z krzywych widać, że nie było znaczącej różnicy między dwoma rodzajami przeciwciał w wywoływaniu zmian podczas reakcji Ag-Ab, co wskazuje, że w teście immunologicznym z obrazowaniem mikrosoczewkowym można stosować różne rodzaje przeciwciał, zarówno wychwytujących, jak i sondujących Ab oraz monoklonalnych lub poliklonalnych Ab do wykrywania. Niemniej jednak, monoklonalne Ab jest preferowane dla mikrosoczewkowego obrazowania immunologicznego, ponieważ nie tylko wywołuje większą reakcję dzięki wyższemu powinowactwu do antygenu, ale również zmniejsza możliwość fałszywych pozytywnych reakcji krzyżowych, tak że antygeny mogą być wykrywane przy niższych stężeniach. Ogólnie rzecz biorąc, reakcja krzyżowa jest teoretycznie nieunikniona dla tej techniki, jak inne środki zaangażowane w immunoassay. Innymi słowy, specyficzność obrazowania za pomocą mikrosoczewek immunologicznych zależy całkowicie od specyficzności wybranych przeciwciał przeciwko docelowemu antygenowi. Dlatego bardzo ważne jest, aby wyselekcjonować odpowiednie przeciwciała i zoptymalizować system reakcji Ag-Ab.

6. Wnioski

Ta technika obrazowania z użyciem mikrosoczewek immunologicznych może szybko i dokładnie mierzyć RI różnych próbek i monitorować w czasie rzeczywistym zmiany RI w procesie reakcji antygenu i przeciwciała. RI zmienia się wraz ze zmianą stężenia Ag lub Ab. Tak więc, zgodnie ze zmianą RI w funkcji stężenia Ag lub Ab, zawartość próbek może być obliczana jakościowo i ilościowo bez znakowania, wstępnej modyfikacji, płukania i drogich enzymów. W porównaniu z konwencjonalnymi metodami detekcji, zaletami tej metody są dokładność, niezawodność, szybkość (zakończona w ciągu kilku minut) i prostota bez zanieczyszczeń. Poza tym, jej granica wykrywalności jest tak niska jak pg/ml, co wymaga tylko kilku μl wystarczających do przeprowadzenia detekcji i jest również odpowiednia dla hemolizowanych próbek klinicznych, które są trudne do wykrycia tradycyjnymi metodami. Co więcej, jest to metoda nieinwazyjna dla próbek. Równoległy system napromieniowania światłem, system kamer o wysokiej rozdzielczości, automatyczny inteligentny system analizy, system autofokusa, system kontroli temperatury i porowata płyta detekcyjna z mikrosoczewkami składają się na instrument do testów immunologicznych z mikrosferami. Jest on mały i łatwy do przenoszenia.

Wiadomo, że na reakcję antygen-przeciwciało duży wpływ ma jego własne stężenie, temperatura, pH i roztwór elektrolitu. Z tego powodu, czynniki te są brane pod uwagę w systemie obrazowania mikrosoczewkowego, aby utrzymać stabilność danych poprzez równoważenie ich zmian. Na przykład, system ten można zoptymalizować wybierając odpowiednie materiały na płytkę testową, która oferuje miejsce reakcji antygen-przeciwciało i czyniąc płytkę hydrofilową, aby uniknąć zakłóceń hydrofobowych. Dokładność wykrywania może być dalej poprawiona przez dostosowanie proporcji antygen-przeciwciało, przesiewanie odpowiedniego rozcieńczalnika, modyfikowanie ich jonami metali, i tak dalej.

Detekcja antygenu i przeciwciała jest stosunkowo istotna w dziedzinach dochodzenia biomedycyny, diagnostyki klinicznej, analizy leków, bezpieczeństwa żywności i monitorowania środowiska. W związku z obawami ludzi dotyczącymi zdrowia środowiskowego, bezpieczeństwa żywności i opieki zdrowotnej, opracowanie czułego instrumentu o niskich kosztach, wysokiej dokładności, małych rozmiarach, przenośności i prostej obsłudze stało się pilną potrzebą społeczną. Tak więc, ta technika obrazowania z użyciem mikrosoczewek immunologicznych jest obiecująca do szerokiego zastosowania w różnych dziedzinach i odpowiednia do popularyzacji w społeczności i na wsi.

Konflikt interesów

Autorzy deklarują, że nie ma konfliktu interesów w związku z publikacją tej pracy.

Wkład autorów

Jiahui Liang i Xiaotian Ye w równym stopniu przyczynili się do powstania tej pracy.

Podziękowania

Jesteśmy wdzięczni Guangzhou City Science and Technology Program Synergistic Innovation Major Project (numer grantu: 201604020146) oraz National Natural Science Foundation of China (numery grantów: 81172824 i 30971465) za wsparcie finansowe.