ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 70, № 8, с. 787-799
= ОБЗОРЫ
УДК 543.06
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИММУНОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА МЕДИЦИНСКИХ ОБЪЕКТОВ
© 2015 г. И. Ю. Горячева
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Институт химии 410012 Саратов, ул. Астраханская, 83 E-mail: goryachevaiy@mail.ru Поступила в редакцию 18.06.2014 г., после доработки 24.01.2015 г.
Обзор посвящен рассмотрению современных тенденций развития иммунохимических методов, месту этих методов в клиническом анализе, особенностям применения. Рассмотрены тенденции миниатюризации и одновременного определения нескольких аналитов. Детально разобраны перспективы применения наноразмерных меток, требования к ним и ограничения. Обсуждены прогнозы дальнейшего развития иммунохимических методов в области клинического анализа.
Ключевые слова: иммунохимические методы, тест-методы, клинический анализ, анализ медицинских объектов, антитела, наночастицы, миниатюризация, многокомпонентный анализ.
DOI: 10.7868/S0044450215080101
Иммунохимические методы составляют значительный сегмент методов, используемых в анализе медицинских объектов. Они привлекают внимание как производителей коммерческого оборудования и тест-систем, так и исследователей. Большинство разработок и коммерческих продуктов, основанных на использовании иммуноанализа, относится именно к области медицины. Для анализа медицинских объектов, для ответов на вопросы, которые ставит медицина, разрабатываются новые методы и технологии, область применения которых впоследствии распространяется на другие области, например, контроль качества пищевых продуктов, экологический мониторинг и др.
Основные задачи, которые решают в клинической практике с помощью иммунохимических методов, можно классифицировать следующим образом:
• установление наличия заболевания (диагностика);
• прогнозирование результатов и последствий (прогнозирование);
• мониторинг отклика организма на медицинские и другие воздействия (мониторинг) [1].
Разработка новых иммунохимических методов для применения в медицине является междисциплинарной задачей, находящейся на стыке медицины, биологии, химии, электроники, нанотехно-логий, материаловедения, компьютерных наук. Особенность работы с медицинскими объектами (в сравнении с выполнением экологических ана-
лизов и контроля качества пищевых продуктов) состоит в малом объеме пробы. Это делает особенно актуальным решение задач миниатюризации и мультианализа. Необходимость быстрой постановки диагноза в экстренных случаях (например, кардиологические проблемы, острая почечная недостаточность) обусловливает востребованность разработки методов экспресс-диагностики "у постели больного" (рот1-о1-саге, POC). Установление новых маркеров приводит к расширению спектра тест-средств.
Разнообразие используемых иммунохимических методов связано с типом анализа (гомогенный/гетерогенный), форматом (конкурентный либо сэндвич), типом используемой метки (отдельные молекулы либо наночастицы), типом регистрируемого сигнала (оптические, электрохимические, магнитные), способом получения (пассивная либо активная метки) и считывания сигнала, аппаратурным оформлением (от простейших иммунохроматогра-фических тест-полосок с качественной интерпретацией результатов "да/нет" до сложных установок, предполагающих обслуживание квалифицированными специалистами в оборудованных лабораториях). Совместимость антиген—антительного взаимодействия с задачами клинического анализа привела к тому, что среди хроматографических методов достаточно широко применяется аффинная хроматография с использованием взаимодействия антиген—антитело [2]. Наиболее часто объектами имму-нохимических исследований становятся кровь, сыворотка крови, моча, жидкости ротовой полости,
материал соскоба. Работа проводится как в оборудованных клинических лабораториях, так и в варианте POC.
Оптимальными для проведения клинических анализов являются следующие параметры, на достижение которых направлены современные разработки [3]:
• высокая чувствительность (на уровне единиц пикограммов в миллилитре) для надежного детектирования низких концентраций белков в плазме крови;
• продолжительность не более 1 ч, достаточная для адекватного контроля изменяющихся во времени параметров;
• объем образца на уровне 10 мкл на аналит, чтобы уменьшить объем образца и расход реагентов;
• возможность определения нескольких ана-литов одновременно (определение пяти биомаркеров определенного заболевания на настоящий момент достаточно для диагностики);
• минимальное количество стадий, выполняемых вручную, для снижения погрешности, а также сокращения времени определения.
Иммунохимические методы занимают достаточно широкую нишу: они применяются как в широко распространенных тестах, таких как им-мунохроматографические тесты на беременность, так и в сложных инструментальных методах, позволяющих определить одновременно несколько аналитов, требующих пробоподготовки и сложного оборудования. Тем не менее, необходимо отметить, что иммунохимические тесты (пока) не настолько распространены, как, например, тесты глюкозы и свертываемости крови. Около 76% рынка диагностических тест-средств составляют средства для лабораторной и in vitro диагностики. Средства для использования пациентами (прежде всего это системы измерения уровня глюкозы) составляют около 16% рынка [4].
Потенциально перспективно использование иммунохимических тест-средств в скорой помощи, спортивной медицине и обслуживании соревнований, медицине аварий и катастроф, военной мобильной медслужбе и др. Конкуренцию иммунохи-мическим методам в перспективе могут составить молекулярные биологические методы (полимераз-ная цепная реакция, ПЦР), распространение которых пока сдерживает сложность аппаратуры и длительность процедуры [5].
ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ
Наряду с расширением ассортимента, повышением чувствительности и селективности сокращением времени и стоимости анализа, особое внимание сейчас уделяют следующим направлениям:
• миниатюризация и минимизация объема пробы, что особенно важно для неонатальной медицины;
• многокомпонентный анализ [6];
• использование нанометок [7, 8];
• автоматизация, включая автоматизацию про-боотбора, пробоподготовки, выделения аналита, проведения реакции, приводящей к возникновению сигнала, детектирования аналита и обработки сигнала [9];
• создание электронных систем обработки и хранения результатов анализа, дистанционная передача результатов медицинским работникам, совмещение с приборами и устройствами немедицинского назначения (телефоны, планшеты и т.д.) [10];
• расширение ассортимента применяемых систем и улучшение функциональных характеристик тест-методов (прежде всего — надежности и чувствительности).
Каждое из этих направлений бурно развивается, что отражается как в росте числа публикаций, так и в появлении на рынке новых продуктов.
НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ:
ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ ЛАБОРАТОРИИ ИЛИ АНАЛИЗЫ НА МЕСТЕ
С организационно-практической точки зрения применение иммунохимических методов для решения задач медицинской диагностики может быть реализовано как в специально оборудованных лабораториях, в том числе небольших лабораториях при медицинских учреждениях, так и непосредственно у постели больного, на месте происшествия и т.д. Общей тенденцией для всех сегментов является снижение размеров устройств, повышение "науко-емкости", проведение многокомпонентного анализа, использование современных информационных технологий для обработки и передачи данных.
При этом наблюдается сдвиг в сторону разработки устройств получения немедленного результата, которые может использовать неквалифицированный персонал, а в идеале — сам пациент. Такой подход характеризуется, как правило, качественными или полуколичественными результатами, быстротой их получения, отсутствием пробоподготовки, использованием заранее подготовленных тест-средств и дозированных реагентов (в случае необходимости), интуитивно понятного программного обеспечения. Требуются методы, которые будут стабильно работать в руках операторов, не понимающих основ протекающих процессов, не знающих способов и практики проведения анализа, обработки и интерпретации результатов. Методики и устройства должны четко сигнализировать обо всех проблемах и неисправностях — например, предусматривать вариант контрольной зоны, при-
сутствующей на иммунохроматографических полосках и информирующей о исправной работе тест-средства. Важным сдерживающим фактором является необходимость достижения чувствительности, точности проведения анализа и правильности интерпретации результатов. Индикатором успешности разработок является переход к выпуску соответствующих коммерческих продуктов.
Среди тест-методов наиболее распространенным остается формат иммунохроматографиче-ских полосок, которые применяют для определения патогенов, лекарственных средств, гормонов, метаболитов, некоторых биомаркеров злокачественных опухолей и кардиологических заболеваний, возбудителей инфекций; в серологических анализах для выявления и идентификации антител к различным патогенам [11, 12]. Основные достоинства иммунохроматографических полосок — простота и быстрота использования — сделали их наиболее востребованными в анализах, выполняемых самими пациентами либо в присутствии пациентов.
ФОРМАТЫ ИММУНОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ЦЕЛЕЙ
Для анализа медицинских объектов используют общие форматы иммунохимических методов анализа. Поскольку большинство аналитов представляет собой высокомолекулярные соединения, имеющие более одного эпитопа (белки, биомаркеры), сэндвич-формат более распространен. В этом случае на тест-зону наносят специфические к аналиту антитела; аналит и второй тип специфических антител, меченных выбранной меткой, вносят в виде раствора. Аналит связывается с антителами в тест-зоне. Второй тип антител связывается со свободными эпитопами аналита, образуя сэндвичевый иммунокомплекс. В некоторых вариантах (например, иммунохроматографические тест-полоски) сначала происходит связывание аналита и меченых антител в растворе, а затем связывание
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.