Magnetiline immunoloogiline analüüs

Magnetiline immunoloogiline analüüs (MIA) on diagnostiline immunoloogiline analüüs, mille puhul kasutatakse tavapärase ensüümi (ELISA), radioisotoobi (RIA) või fluorestseeruvate osakeste (fluorestseeruvad immunoloogilised analüüsid) asemel märgistusena magnetilisi helmekesi, et tuvastada konkreetset analüüti. MIA hõlmab antikeha spetsiifilist sidumist antigeeniga, kusjuures magnetiline märgistus on konjugeeritud paari ühe elemendi külge. Magnethelmeste olemasolu tuvastatakse seejärel magnetilise lugeja (magnetomeeter) abil, mis mõõdab helmeste esile kutsutud magnetvälja muutust. Magnetomeetri mõõdetud signaal on proportsionaalne analüüdi (viiruse, toksiini, bakterite, südamemarkeri jne) kontsentratsiooniga esialgses proovis.

Magnetmärgised

Magnethelmed on valmistatud polümeeridega kapseldatud või kokku liimitud nanomõõdus raudoksiidi osakestest. Need magnetilised helmed on 35 nm kuni 4,5 μm. Komponentide magnetilised nanoosakesed ulatuvad 5–50 nm ja neil on ainulaadne omadus, mida nimetatakse superparamagnetismiks väliselt rakendatud magnetvälja juuresolekul. Selle superparamagnetilise omaduse avastas 1970. aastal Nobeli füüsikaauhinna laureaat prantslane Louis Néel ja seda on juba kasutatud meditsiinis magnetresonantstomograafias (MRI) ja bioloogilistes eraldustes, kuid mitte veel märgistamiseks kaubanduslikes diagnostikarakendustes. Magnetmärgistel on mitmeid omadusi, mis sobivad väga hästi selliste rakenduste jaoks:

• neid ei mõjuta reagentide keemia ega fotovalgustus ning seetõttu on nad aja jooksul stabiilsed,
• magnetiline taust biomolekulaarses proovis on tavaliselt tähtsusetu,
• proovi hägusus või värvimine ei mõjuta magnetilisi omadusi,
• magnethelmestega saab magnetismi abil eemalt manipuleerida.

Detekteerimine

Magnetiline immuunanalüüs (MIA) võimaldab tuvastada valitud molekule või patogeene magnetiliselt märgistatud antikeha abil. Analüütide kontsentratsioonide määramiseks kasutatakse kahe antikeha sidumisprotsessi, mis toimib sarnaselt ELISA või immunoloogilise kapillaarülekandega (Western Blot). MIA kasutab antikehi, mis katavad magnetilise helmiku. Need antikehad seonduvad otse soovitud patogeeni või molekuliga ja seotud helmestest lähtuv magnetiline signaal loetakse magnetomeetri abil. Suurim eelis, mida see tehnoloogia pakub immunovärvimisele, on see, et seda saab teha vedelas keskkonnas, samas kui sellised meetodid nagu ELISA või Western Blotting nõuavad statsionaarset keskkonda, millega soovitud sihtmärk seondub enne sekundaarse antikeha (näiteks HRP [hobuse rätiperoksidaas]) pealekandmist. Kuna MIA-d saab läbi viia vedelas keskkonnas, saab mudelisüsteemis teostada soovitud molekulide täpsemat mõõtmist. Kuna kvantifitseeritavate tulemuste saavutamiseks ei pea toimuma isoleerimist, saavad kasutajad jälgida aktiivsust süsteemis. Saades parema ettekujutuse oma sihtmärgi käitumisest.

Viise, kuidas see avastamine võib toimuda, on väga palju. Kõige põhilisem avastamisviis on proovi juhtimine läbi gravitatsioonikolonni, mis sisaldab polüetüleenmaatriksit koos sekundaarse antikehaga. Sihtühend seondub maatriksis oleva antikehaga ja kõik ainejäägid pestakse välja valitud puhvriga. Seejärel juhitakse magnetilised antikehad läbi sama kolonni ja pärast inkubatsiooniperioodi pestakse sidumata antikehad välja sama meetodi abil nagu enne. Membraanil olevate antikehadega seotud sihtmärgiga seotud magnethelmestest saadud näitu kasutatakse sihtühendi kvantifitseerimiseks lahuses.

Kuna see on metoodiliselt nii sarnane ELISA või Western Bloti meetodiga, saab MIA-katsetusi kohandada nii, et kasutada sama avastamist, kui uurija soovib oma andmeid kvantifitseerida sarnasel viisil.

Magnetomeetrid

Lihtsa seadmega saab tuvastada proovi olemasolu ja mõõta kogu magnetilist signaali, kuid tõhusa MIA väljatöötamise väljakutse on looduslikult esineva magnetilise tausta (müra) eraldamine nõrgast magnetiliselt märgistatud sihtmärgist (signaal). Biotundlikes rakendustes on kasutatud mitmesuguseid lähenemisviise ja seadmeid, et saavutada mõistlik signaali-müra suhe (SNR):

• hiiglaslikud magnetresistiivsed sensorid ja spinnventiilid.
• pieso-resistiivsed kandurid
• induktiivsed andurid
• ülijuhtivad kvantinterferentsseadmed (SQUID)
• anisotroopsed magnetresistiivsed rõngad
• ja miniatuursed Hall-andurid.

Kuid SNR-i parandamiseks on sageli vaja keerukat instrumenti, mis võimaldab korduvat skaneerimist ja ekstrapoleerimist andmete töötlemise kaudu või miniatuurse ja sobiva suurusega sihtmärgi ja sensori täpset joondamist. Lisaks sellele nõudele saab MIA, mis kasutab ära magnetmärgiste mittelineaarsed magnetilised omadused, tõhusalt kasutada magnetvälja olemuslikku võimet läbida plasti, vett, nitrotselluloosi ja muid materjale, võimaldades seega tõelisi mahumõõtmisi erinevates immunoanalüüsi formaatides. Erinevalt tavapärastest meetoditest, mis mõõdavad superparamagnetiliste materjalide vastuvõtlikkust, välistab mittelineaarsel magnetiseerumisel põhinev MIA lineaarsete dia- või paramagnetiliste materjalide, nagu proovimaatriks, tarbitavad plastid ja/või nitrotselluloos, mõju. Kuigi nende materjalide olemuslik magnetism on väga nõrk, tüüpiliste vastuvõtlikkuse väärtustega -10-5 (dia) või +10-3 (para), ei saa superparamagnetiliste materjalide väga väikeste koguste, näiteks nanogrammide uurimisel katse kohta, abimaterjalide tekitatud taustsignaali ignoreerida. Magnetmärgiste mittelineaarsetel magnetilistel omadustel põhineva MIA puhul on helmed avatud vahelduvale magnetväljale kahel sagedusel f1 ja f2. Mitte-lineaarsete materjalide, näiteks superparamagnetiliste märgiste puhul võib signaali registreerida kombineeritud sagedustel, näiteks f = f1 ± 2×f2. See signaal on täpselt proportsionaalne magnetilise materjali kogusega lugemispooli sees.

See tehnoloogia võimaldab magnetilist immunoloogilist määramist mitmesugustes vormingutes, nagu näiteks:

• tavapärane külgvoolutest, asendades kuldmärgised magnetmärgistega
• vertikaalse voolu testid, mis võimaldavad haruldaste analüütide (nt bakterid) küsitlemist suure mahuga proovides.
• mikrofluidilised rakendused ja biokiibid

Seda kirjeldati ka in vivo rakenduste ja multiparameetriliste testide jaoks.

Kasutamine

MIA on mitmekülgne tehnika, mida saab kasutada mitmesugustes praktikates.

Praegu on seda kasutatud taimede viiruste avastamiseks, et tabada patogeene, mis tavaliselt hävitaksid põllukultuure, nagu viinamarja viiruse fännilehtviirus, Grapevine fanleaf virus ja Potato virus X. Selle kohandused hõlmavad nüüd kaasaskantavaid seadmeid, mis võimaldavad kasutajal koguda tundlikke andmeid põllul.

MIA-d saab kasutada ka ravimiravimite jälgimiseks. Üks 53-aastase neerusiirdamispatsiendi juhtumiaruanne kirjeldab üksikasjalikult, kuidas arstid suutsid muuta ravimi koguseid.