научная статья по теме ПРИМЕНЕНИЕ ДИАГНОСТИКУМА НА ОСНОВЕ ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОЧАСТИЦ ДЛЯ МОНИТОРИНГА АФФИННОЙ ОЧИСТКИ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ Химия

Текст научной статьи на тему «ПРИМЕНЕНИЕ ДИАГНОСТИКУМА НА ОСНОВЕ ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОЧАСТИЦ ДЛЯ МОНИТОРИНГА АФФИННОЙ ОЧИСТКИ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ»

ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2014, том 50, № 6, с. 612-618

УДК 57.088.3

ПРИМЕНЕНИЕ ДИАГНОСТИКУМА НА ОСНОВЕ ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОЧАСТИЦ ДЛЯ МОНИТОРИНГА АФФИННОЙ ОЧИСТКИ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

© 2014 г. П. В. Храмцов, М. С. Бочкова, М. Б. Раев

Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, Пермь, 614081 e-mail: khramtsovpavel@yandex.ru Поступила в редакцию 16.11.2013 г.

Исследовано применение диагностического реагента на основе углеродных наночастиц ковалентно функционализированных G-белком стрептококка для создания системы мониторинга и оптимизации технологии аффинной очистки поликлональных кроличьих антител к альфа-фетопротеину. Разработанная система позволяет за короткое время (45 мин) провести полуколичественную оценку содержания иммуноглобулина (IgG) большинства высших животных и человека в образце сыворотки крови и элюате. Чувствительность определения IgG при помощи диагностикума углерод—G-бе-лок составила 80 нг/мл. Разработаны подходы к стабилизации компонентов систем анализа, обеспечивающие сохранение их функциональных свойств при длительном хранении. Для диагностикума срок хранения составляет более 20 лет, для иммуносорбентов — более полутора лет. Разработана методика длительного хранения иммуносорбентов, использующихся в анализе. Применение тест-системы возможно без наличия регистрационной аппаратуры.

DOI: 10.7868/S0555109914060063

В настоящее время в лабораторной, клинической и биотехнологической практике увеличивается потребность в методах упрощенного тестирования, позволяющих получать точный результат анализа в предельно сжатые сроки. Принципы и методы, используемые в таких тестах, различны: это могут быть системы агглютинации окрашенных частиц, иммунохроматографические, имму-нофильтрационные, дот-блот методы. В большинстве случаев подобные тесты являются неинструментальными и могут применяться даже при отсутствии регистрационной аппаратуры и специалистов с высокой квалификацией.

В лаборатории экологической иммунологии УрО РАН разработан целый ряд таких тест-систем. Основу диагностического реагента в них составляют углеродные наночастицы, ковалентно конъюгированные с аффинными соединениями. Частицы углерода выполняют при этом функцию цветной метки, а аффинные соединения обеспечивают специфичность взаимодействия конъюга-та с аналитом. Углеродные диагностикумы применялись для создания систем качественного и полуколичественного экспресс-анализа антител к термостабильнному токсину Yersinia pseudotubercu-losis, столбнячному анатоксину, идентификации альфа-фетопротеина (АФП) и хорионического гонадотропина человека (ХГЧ) [1—3]. В качестве аффинного компонента диагностикумов использовали G-белок стрептококка, стрептавидин, мо-

ноклональные антитела к гормонам беременности. Чувствительность этих систем лежит в диапазоне от 1.5 до 160 нг/мл [2, 4]. Чувствительность определения 1§О при помощи диагностикума уг-лерод-О белок составляла 80 нг/мл [5].

Потенциальная сфера применения углеродных конъюгатов не ограничивается рамками клинической диагностики.

Метод аффинной хроматографии является эффективным, широко используемым инструментом для получения препаратов иммуноглобулинов с высокой степенью очистки, применяющихся в самых различных целях: терапевтических, диагностических, исследовательских. Для проведения аффинной хроматографии используют как коммерческие, так и разработанные самостоятельно с учетом специальных требований и особенностей сорбенты и протоколы.

Разнообразны также и источники антител — гипериммунные сыворотки животных, асцитные жидкости, культуральные среды. Индивидуальные особенности организмов — продуцентов антител определяют необходимость подбора параметров хроматографической системы: скорость насыщения сорбента в отношении антилигандов, объем наносимой пробы, объемы элюирующих буферов и т.д. При использовании коммерческих наборов и при воспроизведении стандартных методик существует возможность с достаточной точностью математически рассчитать эти параметры, учитывая известные данные (емкость сор-

бента, примеры профилей элюции) от поставщиков и из протоколов.

В случае использования коммерческих сорбентов для решения нестандартных задач или при самостоятельном конструировании хроматографиче-ской системы, например, для выделения антител к редким или синтетическим антигенам, затруднительно точно предсказать свойства аффинного сорбента и его поведение в эксперименте. Более привлекательным решением является самостоятельная оценка динамики хроматографического процесса при помощи систем детекции иммуноглобулинов в элюате.

К таким системам относятся аналитические методы, позволяющие количественно или полуколичественно оценить содержание иммуноглобулинов необходимой специфичности в исходном материале и в пробах элюата. Эта информация делает возможной корректировку протокола хроматографии (изменение скорости элюции, исходного объема пробы, объема сорбента и т.д.), облегчает планирование последующих экспериментов.

Методы детекции антител в хроматографиче-ских пробах многочисленны, широко распространены инструментальные подходы, базирующиеся на применении считывающих устройств. К ним относятся иммуноферментный анализ (ИФА) [6—9], нефелометрия [10], биосенсоры [9]. В большинстве случаев применяется ИФА, поскольку он является рутинным лабораторным методом анализа и оборудование для него наиболее доступно. Традиционным неинструментальным методом является метод с использованием реакции иммуно-диффузии в геле агарозы [6, 11—14].

Испытание сконструированной системы осуществляли в ходе выделения кроличьих поликло-нальных антител к АФП человека.

Цель работы — разработка неинструментальной твердофазной дот-иммуноаналитической системы контроля хроматографического выделения иммуноглобулинов на основе углеродных наночастиц, функционализированных G белком стрептококка.

МЕТОДИКА

Приборы и материалы. В работе использовали хроматографическую колонку 1.5 х 12 см ("BioRad", США), перистальтический насос Pump P-1, проточный УФ-спектрометр 2138 Uvicord S "Pharmacia LKB" (Швеция), ультразвуковой дезинтегратор Soniprep 150 Plus ("MSE", Англия), при-борно-аппаратный комплекс для измерения размеров частиц Zetasizer NanoZS ("Malvern", Англия), сканирующий электронный микроскоп NOVAsem 600 ("FEI", США), ячейку ультрафильтрационную Amicon stirred cell 8050 ("Millipore", Германия), центрифугу 5804 R ("Eppendorf", Германия).

Реагенты и буферные растворы. Реагенты: бромциан-активированная сефароза 4B, сефаро-за CL-6B "Pharmacia Fine Chemicals" (Швеция), АФП "Биалекса" (Россия), белые полистироль-ные планшеты для серийных разведений "Linbro" (США), агар "Difco" (США), нитроцеллюлозная мембрана с диаметром пор 0.45 мкм "Bio-Rad" (США), бычий сывороточный альбумин (БСА), IgG человека, G-белок стрептококка "Sigma" (США), глутаровый альдегид "AppliChem" (Германия), толуол "Экрос" (Россия), глицерин, твин-20 "Panreac" (Испания).

Растворы для иммуноанализа и синтеза диа-гностикума: 0.02 М карбонат-бикарбонатный буфер рН 9.6 (КББ); 0.15 М NaCl, забуференный 0.015 М Na-фосфатами, рН 7.25 (ЗФР); ЗФР, содержащий 0.05% твина-20 (ЗФРТ).

Растворы для хроматографии: 0.15 М NaCl; 0.1 М глицин-HCl рН 2.6; 0.5 и 0.15 М NaCl, забуферен-ные 0.03 М Na-фосфатами до рН 7.25 (0.15 М и 0.5 М ФБР). Все использованные растворы приготовлены на деионизированной воде.

Синтез диагностикума. В качестве источника углерода использовали сажу, полученную путем конденсирования из пламени горящего толуола. Ее подвергали многоэтапной отмывке в органических растворителях и фильтрации для удаления недоокисленных продуктов. Полученный аморфный углерод представлял собой матово-черный порошок, не растворимый в доступных растворителях. При помощи сканирующей электронной микроскопии установили, что форма углеродных частиц сферическая или близкая к сферической, а линейные размеры лежат в диапазоне 40—70 нм.

На следующем этапе синтеза суспендировали 1.0 г аморфного углерода в 19 мл 2% БСА в ЗФР в течение 1 сут при интенсивном перемешивании на магнитной мешалке. Концентрация углерода в пересчете на сухое вещество составила 5%. Полученную суспензию подвергали ультразвуковой дезинтеграции при частоте 22 кГц. Общее время озвучивания составило 1 ч. С целью удаления оставшихся крупных частиц озвученную суспензию центрифугировали 5 мин при 1620 g [15].

Супернатант инкубировали в течение 40 мин при комнатной температуре с равным объемом 25%-ного раствора глутарового альдегида. После чего смесь центрифугировали 5 мин при 1620 g и проводили хроматографию на колонке с сефаро-зой CL-6B для удаления не связавшегося БСА и глутарового альдегида. Вышедшие в холостом объеме фракции объединяли и концентрировали до исходного объема углеродной суспензии в ультрафильтрационной ячейке [15].

Активированную глутаровым альдегидом суспензию объемом 4.5 мл инкубировали с 0.5 мл белка G с концентрацией 10 мг/мл в течение 100 минут при мягком перемешивании. Получен-

1 : 1

1 : 2

С

K-

Ov

1 : 16 1 : 8

1 : 4

1 : 8

Рис. 1. Полуколичественное определения титра антител к АФП в гипериммунной кроличьей сыворотке методом иммунодиффузии по Оухтерлони. В центральную лунку был внесен АФП в концентрации 125 мкг/мл, в лунках по краям — суммарная кроличья гипериммунная сыворотка в указанном разведении, К— лунка с сывороткой интактного кролика (отрицательный контроль).

ную суспензию центрифугировали 5 мин при 1620 g. Несвязавшийся белок G удаляли гель-хроматографией на колонке с сефарозой CL-6B. Фракции, вышедшие в свободном объеме и содержащие конъюгат, объединяли, добавляли БСА и глицерин до конечной концентрации 1 и 20% соответственно [15].

Размер частиц конъюгата определяли методом измерения обратного динамического светорассеяния под углом 173° при помощи программно-аппаратного комплекса Malvern Zetasizer NanoZS (Англия). Для измерения конъюгат разводили в воде до концентрации углеродных частиц 0.01%. Диаметр 90% частиц находился в диапазоне 70— 200 нм, преобладали частицы диаметром 90—100 нм.

Синтезированный конъюгат хранили при температуре 2—8°С. Такой темп

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.

Показать целиком