Investigadores rusos del Instituto de Física General Prokhorov de la Academia de Ciencias de Rusia (GPI RAS) y el Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) han desarrollado el primer método ultrasensible del mundo para la detección rápida de moléculas pequeñas. Este método detecta trazas de toxinas, hormonas vitaminas y otras moléculas biológicamente activas que son importantes para el control de la salud y la seguridad alimentaria, entre otras posibles aplicaciones. El estudio aparece en la edición de noviembre de Analytica Chimica Acta .

El nuevo ensayo de flujo lateral se basa en etiquetas magnéticas y tarda menos de 30 minutos. Es 100 veces más sensible que el ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas, o ELISA, utilizado para pruebas de laboratorio convencionales. Los autores demostraron la eficacia del nuevo enfoque en un ensayo modelo que mide tiroxina en suero sanguíneo humano. La tiroxina es una de las hormonas clave producidas por la glándula tiroides y es útil para controlar su función. El procedimiento de ensayo es asequible y lo suficientemente simple como para realizarlo en el punto de atención. justo después de la extracción de sangre.

La razón por la que es necesario detectar compuestos de moléculas pequeñas con alta sensibilidad es que a menudo tienen un fuerte efecto en el cuerpo incluso en pequeñas concentraciones. Actualmente, ELISA se considera el estándar de oro para medir la concentración de moléculas pequeñas. Sin embargo, este método requiere laboratorios adecuadamente equipados con personal altamente calificado para su implementación. La sensibilidad de la detección de la hormona tiroidea podría incrementarse mediante radioinmunoensayos con marcadores radiactivos que tienen vidas medias cortas a pesar de sus importantes limitaciones y son potencialmente peligrosos. Otros análisis convencionales requieren una preparación de muestras prolongada y equipos especializados.

El ensayo de flujo lateral (LFA), ampliamente conocido por su aplicación en pruebas de embarazo, representa una alternativa atractiva. Comparado con ELISA, es menos elaborado y técnicamente complejo. Sin embargo, en muchos países, tiene la aprobación regulatoria para obtener resultados de umbral solo y solo para aquellos casos en los que una alta sensibilidad no es esencial. Por lo tanto, un objetivo primordial en el diagnóstico médico es desarrollar un método para la detección de moléculas pequeñas que sea rápido, sensible, y simple.

En el estudio reportado en esta historia, un equipo de investigación conjunto de GPI RAS y MIPT ha desarrollado un kit de ensayo que utiliza un LFA modificado con nanoetiquetas magnéticas y ligandos bifuncionales. Para probar las capacidades y limitaciones del nuevo sistema, los autores optaron por detectar tiroxina, la principal hormona de la glándula tiroides, como modelo. Además, dotó a sus investigaciones de importancia clínica.

El diseño del nuevo inmunoensayo magnético difiere del LFA convencional en varios aspectos (ver figura 1). Suero sanguíneo de un paciente, que se prueba para tiroxina libre, se complementa simultáneamente con anticuerpos marcados con nanopartículas magnéticas y con un ligando de tiroxina bifuncional. Este ligando bifuncional es una tiroxina unida covalentemente a la biotina a través de un "puente" que conecta las dos moléculas pero también las separa. Los anticuerpos de las nanopartículas magnéticas pueden unirse tanto a la tiroxina del suero sanguíneo como al ligando bifuncional. Después de un cierto período de tiempo, suficiente para que las moléculas de la solución se unan entre sí, la mezcla se deposita sobre una membrana. Las partículas unidas al ligando bifuncional quedan atrapadas en la línea de prueba de estreptavidina. una proteína que posee una afinidad extraordinariamente alta por la biotina. Para recuperar los resultados del ensayo, los investigadores utilizaron equipos electrónicos originales, que emplea el método de cuantificación de partículas magnéticas ultrasensibles, o MPQ. Implica la remagnetización de partículas no lineales mediante un campo magnético alterno a dos frecuencias y una posterior detección de la respuesta inductiva a frecuencias combinatorias. Junto con la precisión del método MPQ, la alta afinidad del ligando bifuncional hacia la tira reactiva asegura una sensibilidad sin precedentes del ensayo alcanzando un límite de detección de aproximadamente 1 millón de moléculas de la hormona por mililitro (¡16 femtogramos!) con un rango dinámico de tres órdenes.

Petr Nikitin, Doctor., quién dirigió el equipo de investigación, compartió más detalles sobre el estudio:"Nuestros métodos para medir la concentración de compuestos de moléculas pequeñas se realizan a través de tiras inmunocromatográficas universales con estreptavidina en la línea de detección. son fáciles de replicar y ampliar. Para desarrollar pruebas para otros analitos necesitaríamos anticuerpos estándar y ligandos bifuncionales especiales, cuya síntesis de moléculas pequeñas es un desafío ".

"Afortunadamente, Nuestro conjunto de herramientas incluye técnicas y equipos interferométricos originales que desarrollamos anteriormente, que permiten la detección en tiempo real de la dinámica de interacción molecular, "explicó Petr Nikitin, Graduado del MIPT en 1979 y director de un laboratorio en GPI RAS. "Usamos este equipo para identificar los inmunorreactivos óptimos y los ligandos bifuncionales tiroxina-biotina, que por la naturaleza de su espaciamiento, La estructura 'en puente' hace que ambas moléculas pequeñas estén disponibles para una interacción efectiva con ambas moléculas grandes, es decir, con el anticuerpo de detección y estreptavidina. Nos ahorró mucho tiempo para el desarrollo de pruebas y contribuyó en gran medida al éxito de esta investigación ".

El autor principal del artículo, Alexey Orlov, Doctor., investigador del Laboratorio de Nanobiotecnología de GPI RAS y MIPT, agregó:"Usamos partículas magnéticas como nanoetiquetas de reacciones inmunoquímicas. Un dispositivo portátil detecta cuantitativamente estas partículas con una precisión récord de todo el volumen de la zona de reacción 3-D en una tira reactiva, en lugar de la superficie de una membrana, como ocurre en el caso de las etiquetas ópticas. Este es uno de los factores que garantizan la simplicidad de nuestras mediciones de concentración ultrabaja de moléculas pequeñas en medios complejos. Como resultado, prácticamente cualquier persona está equipada para realizar ensayos de sensibilidad única sin una preparación de muestras elaborada ".

"El nuevo ensayo es una técnica de prueba en el lugar de atención cuyas características superan considerablemente los sistemas existentes para el diagnóstico de laboratorio, "dijo Sergey Znoyko, Doctor., el primer autor del artículo. "En el futuro, ampliando la gama de moléculas biológicas detectables de esta manera, podríamos realizar un ensayo multiparamétrico de medios complejos como la sangre que sería mucho más barato que sus análogos actuales ".

"Este enfoque es simple, accesible, y adaptable para la detección de otras moléculas pequeñas, "dijo la estudiante graduada del MIPT Natalia Guteneva, quien fue coautor del estudio. "Esperamos que se utilice activamente para buscar nuevos marcadores de enfermedades, en diagnósticos médicos, seguimiento ecológico, control de seguridad alimentaria, bioseguridad, y en otros lugares ".