Magnētiskā imūnanalīze

Magnētiskā imūnanalīze (MIA) ir diagnostiskās imūnanalīzes veids, kurā izmanto magnētiskās lodītes kā marķierus parasto enzīmu (ELISA), radioizotopu (RIA) vai fluorescējošo struktūrdaļu (fluorescences imūnanalīzes) vietā, lai noteiktu konkrētu analizējamo vielu. MIA ietver specifisku antivielas saistīšanos ar tās antigēnu, kur magnētiskais marķieris ir konjugēts ar vienu pāra antigēns/antiviela elementu. Magnētisko lodīšu klātbūtni pēc tam nosaka ar magnētisko nolasītāju (magnetometru), kas mēra lodīšu izraisītās magnētiskā lauka izmaiņas. Magnetometra izmērītais signāls ir proporcionāls analizējamās substances (vīrusa, toksīna, baktērijas, sirds bioķīmiskā marķiera u. c.) koncentrācijai sākotnējā paraugā.

Magnētiskie marķieri

Magnētiskās lodītes ir izgatavotas no nanometru izmēra dzelzs oksīda daļiņām, kas iekapsulētas vai salīmētas kopā ar polimēriem. Magnētisko lodīšu izmērs ir no 35 nm līdz 4,5 μm. Magnētisko nanodaļiņu, no kurām izveidotas lodītes, izmērs ir no 5 līdz 50 nm, un tām piemīt unikāla īpašība, ko sauc par superparamagnētismu ārēja magnētiskā lauka klātbūtnē. Šo superparamagnētisko īpašību pirmo reizi atklāja Nobela fizikas prēmijas laureāts, francūzis Luijs Nēels (Louis Néel) 1970. gadā, un tā jau ir izmantota medicīnā magnētiskās rezonanses attēlveidošanā (MRI) un bioloģiskajā separācijā, bet vēl nav izmantota marķēšanai komerciālos diagnostikas lietojumos. Magnētiskajiem marķieriem piemīt vairākas īpašības, kas ir ļoti labi piemērotas šādiem lietojumiem:

• tās neietekmē ķīmiskie reaģenti vai gaismas iedarbība, tāpēc tās ir stabilas ilgāku laiku,
• magnētiskais fons biomolekulārajā paraugā parasti ir nenozīmīgs,
• parauga duļķainība vai krāsojums neietekmē magnētiskās īpašības,
• ar magnētiskajām lodītēm var manipulēt attālināti, izmantojot magnētismu.

Noteikšana

Magnētiskā imūnanalīze (MIA) spēj noteikt noteiktas molekulas vai patogēnus, izmantojot magnētiski iezīmētu imunoloģisko antivielu. Darbojoties līdzīgi kā ELISA vai Western Blot, analītu koncentrācijas noteikšanai izmanto divu antivielu saistīšanas procesu. MIA izmanto antivielas, kas pārklāj magnētisko lodīti. Šīs antivielas tieši saistās ar vēlamo patogēnu vai molekulu, un magnētiskais signāls, ko dod saistītās lodītes, tiek nolasīts, izmantojot magnetometru. Lielākā priekšrocība, ko šī tehnoloģija sniedz imūnkrāsošanas metodei, ir tā, ka to var veikt šķidrā vidē, jo tādām metodēm kā ELISA vai Western Blotting ir nepieciešama stacionāra vide, ar kuru vajadzīgais mērķis saistās, pirms var uzklāt sekundāro antivielu, piemēram, HRP (mārrutku peroksidāzi). Tā kā MIA var veikt šķidrā vidē, modeļa sistēmā var veikt precīzākus vēlamo molekulu mērījumus. Tā kā nav jāveic izolācija, lai iegūtu kvantitatīvus rezultātus, lietotāji var uzraudzīt aktivitāti sistēmā, iegūstot labāku priekšstatu par mērķa uzvedību.

Veidi, kā var veikt šo noteikšanu, ir ļoti daudzi. Visvienkāršākais noteikšanas veids ir parauga laišana caur gravitācijas kolonnu, kas satur polietilēna matricu ar sekundāro antivielu. Mērķa savienojums saistās ar matricā esošo antivielu, un visas atlikušās vielas izskalo, izmantojot izvēlētu buferšķīdumu. Magnētiskās antivielas pēc tam izlaiž caur to pašu kolonnu, un pēc inkubācijas perioda visas nesaistītās antivielas izskalo, izmantojot to pašu metodi kā iepriekš. Rezultātu, kas iegūts no magnētiskajām lodītēm, kas saistītas ar mērķi, kuru uz membrānas uztver antivielas, izmanto, lai kvantitatīvi noteiktu mērķa savienojumu šķīdumā.

Tā kā metodoloģija ir ļoti līdzīga ELISA vai Western Blot metodoloģijai, MIA eksperimentus var pielāgot, lai izmantotu to pašu noteikšanas metodi, ja pētnieks vēlas līdzīgi kvantitatīvi iegūt datus.

Magnetometri

Vienkāršs instruments var noteikt parauga klātbūtni un izmērīt kopējo magnētisko signālu, tomēr, izstrādājot efektīvu MIA, ir grūti nošķirt dabiski radušos magnētisko fonu (troksni) no vāja magnētiski iezīmēta mērķa (signāla). Ir izmantotas dažādas pieejas un ierīces, lai panāktu nozīmīgu signāla un trokšņa attiecību (SNR) bioloģiskās noteikšanas lietojumiem:

• gigantiskās magnētiskās pretestības sensori un spina vārsti,
• pjezoizturīgie kantileveri (konsoles),
• induktīvie sensori,
• supravadošās kvantu interferences ierīces (SQUID),
• anizotropie magnētiskās pretestības gredzeni,
• miniatūri Holla sensori.

Taču SNR uzlabošanai bieži vien ir nepieciešami sarežģīti instrumenti, lai nodrošinātu atkārtotu skenēšanu un ekstrapolāciju, veicot datu apstrādi. Papildus šai prasībai MIA, kas izmanto magnētisko marķējumu nelineārās magnētiskās īpašības, var efektīvi izmantot magnētiskā lauka raksturīgo spēju iziet cauri plastmasai, ūdenim, nitrocelulozei un citiem materiāliem, tādējādi ļaujot veikt patiesus tilpumanalīzes mērījumus dažādos imūnās noteikšanas formātos. Atšķirībā no parastajām metodēm, ar kurām mēra superparamagnētisko materiālu uzņēmību, MIA, kuras pamatā ir nelineāra magnetizācija, novērš lineāro dia- vai paramagnētisko materiālu, piemēram, parauga matricas, palīgmateriālu plastmasas un/vai nitrocelulozes, ietekmi. Lai gan šo materiālu iekšējais magnētisms ir ļoti vājš, ar tipiskām jutības vērtībām -10^-5 (dia') vai +10^-3 (para), pētot ļoti mazus superparamagnētisko materiālu daudzumus, piemēram, nanogramus vienā testā, nevar ignorēt fona signālu, ko rada palīgmateriāli. MIA, kas pamatojas uz magnētisko marķējumu nelineārajām magnētiskajām īpašībām, lodītes tiek pakļautas mainīga magnētiskā lauka iedarbībai ar divām frekvencēm f1 un f2. Nelineāru materiālu, piemēram, superparamagnētisko marķējumu, klātbūtnē signālu var reģistrēt kombinētās frekvencēs, piemēram, pie f = f1 ± 2 × f2. Šis signāls ir tieši proporcionāls nolasīšanas spoles iekšpusē esošā magnētiskā materiāla daudzumam.

Šī tehnoloģija ļauj veikt magnētisko imūnanalīzi dažādos formātos, piemēram:

• parastā sānu plūsmas pārbaude, aizstājot zelta marķējumus ar magnētiskajiem marķējumiem
• vertikālās plūsmas testi, kas ļauj veikt retu analizējamo vielu (piemēram, baktēriju) izmeklēšanu liela tilpuma paraugos.
• mikrofluīdiskie lietojumi un biočipi.

Tā tika aprakstīta arī in vivo lietojumiem un daudzparametru testēšanai.

Lietošana

MIA ir daudzpusīga metode, ko var izmantot visdažādākajās praksēs.

Pašlaik tā tiek izmantota vīrusu noteikšanai augos, lai noķertu patogēnus, kas parasti bojā kultūraugus, piemēram, vīnogulāju vīrusu (Grapevine fanleaf virus) un kartupeļu vīrusu X. Tās pielāgojumi tagad ietver pārnēsājamas ierīces, kas ļauj lietotājam ievākt jutīgus datus lauka apstākļos.

MIA var izmantot arī terapeitisko zāļu uzraudzībai. Ziņojumā par gadījumu, kurā aprakstīts 53 gadus veca nieres transplantācijas pacienta gadījums, sīki aprakstīts, kā ārsti varēja mainīt terapeitisko zāļu daudzumus.