Иммунохроматографический анализ (ИХА) помогает относительно просто, дешево и быстро обнаружить следовые количества различных веществ или микроорганизмов. Но стать удобным и точным тестом на коронавирус этому методу мешают ограничения: он работает только при относительно высоких концентрациях вирусных частиц. Российские биохимики использовали каталитические наночастицы, чтобы сделать чувствительность метода выше в сотни раз, и рассказали об этом в статье в журнале Biosensors.
Своевременная высокочувствительная диагностика COVID-19 — одна из важнейших мер, позволяющих сдержать распространение вируса. В этом врачам помогают ПЦР-тест, иммуноферментный и имунохроматографический анализ. ИХА основан на умении защитных белков иммунной системы, антител, узнавать и связываться с определенными молекулами — антигенами, в которых организм может видеть «врага». Для этого тест-полоску с антителами погружают в раствор, который движется через впитывающий слой, как при тонкослойной хроматографии. Если в жидкости содержится антиген, с ним связываются антитела, которые несут на себе метки, позволяющие визуально детектировать антиген по возникновению окрашенных зон на тест-полоске. Этот недорогой метод удобно использовать для внелабораторного анализа, но низкая чувствительность не позволяет ему стать точным тестом для проверки на SARS-CoV-2.
Исследователи из ФИЦ Биотехнологии РАН и Государственного научного центра прикладной микробиологии и биотехнологии предложили метод повышения чувствительности ИХА, основанный на модификации оптических свойств наноразмерных меток. В качестве антигена они выбрали белок в составе «шипов» на поверхности SARS-CoV-2, который отвечает за связывание с клеткой организма-хозяина, а в качестве метки сопоставили различные модификации наночастиц золота, входящих в состав большинства тестов.
«Наш новый подход основан на каталитическом усилении оптического сигнала, генерируемого наночастицами золота непосредственно на тест-полоске. Мы сравнили в действии три способа усиления — формирование золотой и серебряной оболочки вокруг исходных золотых наночастиц, формирование три-металлических наночастиц путем наращивания серебряной оболочки вокруг наночастиц золота и последующим гальваническим замещением серебра ионами AuCl4. Хотя первые два подхода известны в литературе, их сравнительная оценка проводилась впервые», — комментирует автор работы, заведующий лабораторией иммунобиохимии, д.х.н., профессор Борис Дзантиев.
Один из способов повысить чувствительность тестов — сделать метки более заметными. Ученые попробовали увеличить размер золотых наночастиц, нарастив на них золотой или серебряный слой, либо формируя наночастицы, где слой серебра окружается двумя слоями золота при помощи гальванического замещения. Затем биохимики сравнили чувствительность анализа. Для частиц с гальваническим замещением он составил 8 пг/мл, для усиленных серебром — 61 пг/мл, и, наконец, для усиленных золотом — 1 пг/мл. Апробация тестов показала, что окруженные дополнительным слоем золота наночастицы позволяют определить коронавирус при в 500 раз меньшей концентрации, чем обычно используемые наночастицы.
«Результаты этой работы — большой вклад в создание высокочувствительных методов внелабораторной диагностики. Мы использовали стабильные реагенты, которые легко хранить и транспортировать. Наш тест можно провести всего за восемь минут вне стен лаборатории, и его легко можно модифицировать для самых разных патогенов», — говорит первый автор статьи, научный сотрудник лаборатории иммунобиохимии ФИЦ Биотехнологии РАН Василий Панферов.
Редакция журнала Biosensors вынесла информацию об этом исследовании как наиболее значимом на обложку июльского выпуска.