Тест-полоска на бутирилхолинэстеразу

Область техники
Полезная модель относится к устройству (индикаторной тест-полоске) для определения уровня бутирилхолинэстеразы, например, в случае отравления ингибиторами холинэстераз, в том числе фосфорорганическими соединениями, или для оценки возможного развития синдрома внезапной детской смерти. Указанная тест-полоска может быть применена для ранней диагностики отравления ингибиторами холинэстераз или первичной оценки степени отравления, в том числе фосфорорганическими соединениями, или для оценки возможного развития синдрома внезапной детской смерти у младенцев до года в случае снижения активности холинэстеразы.
Уровень техники
Химические соединения, обладающие антихолинэстеразной активностью, считаются одними из наиболее опасных токсичных химикатов, например фосфорорганические соединения (далее - ФОС). Многие из ФОС относятся к первому классу токсичности, приводят к остро развивающемуся патологическому состоянию, которое без оказания своевременной медицинской помощи может нанести существенный ущерб здоровью, либо привести к летальному исходу. Поэтому важно оперативно осуществить диагностику, в частности посредством анализа активности фермента бутирилхолинэстеразы.
Из уровня техники известен способ измерении активности холинэстеразы крови (RU2153675). Фотометрическим методом при длине волны 580 нм измеряют скорость ферментативного гидролиза бутирилтиохолина в буфере с использованием в качестве индикатора на тиольную группу 4,4'-бис-(2-гидрокси-6,8-дисульфо-1-нафтилазо)-фенилдисульфида тетракалиевой соли. Скорость ферментативного гидролиза субстрата оценивают по тангенсу угла наклона начального участка кинематической кривой зависимости оптической плотности от времени ферментативного гидролиза бутирилтиохолина.
Из уровня техники известен экспресс-способ определения активности ацетилхолинэстеразы, включающий ее взаимодействие с обратимым ингибитором-флуорогеном с образованием флуоресцирующего комплекса, отличающийся тем, что в качестве ингибитора-флуорогена используют индикатор молекулярный ротор, например тиофлавин Т, образующий с ацетилхолинэстеразой устойчивый интенсивно флуоресцирующий комплекс, что обеспечивает более высокую чувствительность определения активности ацетилхолинэстеразы и позволяет расширить диапазон определения активности ацетилхолинэстеразы в область ее низкой активности (RU2008129408).
Известны различные средства для измерения и индикации холинэстеразы в образце. Известна тест-полоска (CN108344732), способная обнаруживать остатки фосфорорганических и карбаматных пестицидов в пищевых сельскохозяйственных продуктах. Тест-полоска представляет собой тест-полоску для обнаружения сельскохозяйственных остатков, состоящую из листа субстрата диаметром от 11 мм до 20 мм, холинэстеразы с единицей жизнеспособности от 40 до 75 U и жидкого индофенолацетата с коэффициентом поглощения 0,2 при 490 нм. При детектировании образец предварительно обрабатывают, каплю предварительно обработанного раствора образца наносят на тест-полоску и подвергают реакции при 37°С в течение 6 мин, наблюдают за развитием окраски, если окраска синяя, нет остатка пестицидов, если цвет белый, есть остатки фосфорорганических и карбаматных пестицидов.
Из уровня техники также известно, что бутирилхолинэстераза является потенциальным биомаркером синдрома внезапной детской смерти (Carmel Therese Harrington  et al/ Butyrylcholinesterase is a potential biomarker for Sudden Infant Death Syndrom /eBioMedicine. 2022 Jun; 80: 104041, doi: 10.1016/j.ebiom.2022.104041).
Но, к сожалению, на рынке нет простого изделия в виде тест-полоски, обеспечивающий надежный экспресс-контроль активности бутирилхолинэстеразы.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является разработка индикаторной тест-полоски для экспресс-метода по определению уровня фермента бутирилхолинэстеразы в образце сыворотки крови человека.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение чувствительности тест-системы по определению уровня фермента бутирилхолинэстеразы в образце сыворотки крови человека. При падении уровня активности фермента на 20 % возможно наличие отравления легкой степени тяжести, а для младенцев со сниженной активностью этого фермента повышается вероятность синдрома внезапной детской смерти (далее СВДС).
Указанный технический результата достигается за счет тест-полоски индикаторной для определения активности бутирилхолинэстеразы в образце сыворотки крови, выполненной из фильтровальной бумаги, включающей расположенные на ней две индикаторные зоны, первая из которых содержит бромид ацетилхолина и индикатор бромтимоловый синий, вторая бромид ацетилхолина и индикатор феноловый красный.
В частных вариантах полезной модели две индикаторные зоны расположены параллельно на одном конце полоски, причем они разделены зоной, на которую не нанесены растворы бромид ацетилхолина и индикатора.
В частных вариантах полезной модели две индикаторные зоны расположены параллельно на одном конце полоски, причем указанные зоны примыкают друг к другу.
Тест-полоска выполнена с возможностью погружения в исследуемый образец так, чтобы были смочены обе индикаторные зоны полоски.
Краткое описание чертежей
Полезная модель будет более понятной из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фигура 1. Индикаторная тест-полоска:
1 - тест-полоска, выполненная из фильтровальной бумаги;
2 - индикаторная зона, нанесенная на тест-полоску;
3 - индикаторная зона, нанесенная на тест-полоску.
Фигура 2. Цветовая шкала активности фермента для индикаторной зоны, на которую нанесен индикатор бромтимоловый синий.
Фигура 3. Цветовая шкала активности фермента для индикаторной зоны, на которую нанесен индикатор феноловый красный.
Осуществление полезной модели
Термины и определения
Для лучшего понимания настоящей полезной модели ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем документе.
Индикаторная зона представляет собой область/зону на поверхности индикаторной тест-полоски, в пределах которой нанесены буферные растворы субстрата фермента и индикатора.
Фосфорорганические соединения (например, хлорофос, дихлофос, паратион, тетраэтилпирофосфат) ингибируют сывороточную холинэстеразу. Снижение активности холинэстеразы является индикатором отравления инсектицидами.
Подробное раскрытие полезной модели
Индикаторная тест-полоска для определения активности бутирилхолинэстеразы в образце сыворотки крови (фигура 1), выполнена в виде полоски из фильтровальной бумаги (1), на которой расположены две индикаторные зоны (2,3) с нанесенными на них компонентами (субстрат фермента - бромид ацетилхолина, и индикаторы - бромтимоловый синий, феноловый красный), то есть полоска имеет две индикаторные (тестовые) зоны, на одну из которых нанесен бромид ацетилхолина и индикатор бромтимоловый синий, а на другую - бромид ацетилхолина и индикатор феноловый красный, причем полоска выполнена с возможностью погружения в исследуемый образец так, чтобы были смочены обе индикаторные зоны полоски. Полоска изготовлена из плотной фильтровальной бумаги, пропитанной буферными растворами индикаторов и субстратом. Каждый из двух индикаторов наносится на разные индикаторные зоны (каждый вместе с субстратом к ферменту). Форма и размер индикаторных зон зависит от характеристик оборудования, на котором производится тест-полоска. В частных вариантах воплощения полезной модели каждый из двух индикаторов наносится на разные индикаторные зоны (каждый вместе с субстратом к ферменту) параллельно на одном конце (в нижней части) полоски, причем они разделены зоной, на которую не нанесены растворы субстрата и индикаторов.
В частных вариантах воплощения полезной модели каждый из двух индикаторов наносится на разные индикаторные зоны (каждый вместе с субстратом к ферменту) параллельно на одном конце (в нижней части) полоски, причем указанные зоны примыкают друг к другу.
В частных вариантах полезной модели индикаторные зоны имеют прямоугольную или квадратную форму.
Тест-полоска для определения активности бутирилхолинэстеразы в образце сыворотки крови может применяться для диагностики наличия отравления, а также для оценки вероятности внезапной детской смерти у младенцев до года.
in vitro
Тест-полоска согласно полезной модели обеспечивает расширение регистрируемого диапазона рН до интервала 6,0-8,4, что позволяет повысить чувствительность тест-системы, за счет использования двух индикаторных зон, а также быстрое (около 10-15 мин, ~30 мин c пробоподготовкой) качественно-количественное определение активности бутирилхолинэстеразы в образцах сыворотки крови человека , даже при малых дозах фермента в образце и с минимальным количеством образца (3 мл сыворотки крови для взрослого (более предпочтительно 9 мл) и 10 мкл для новорожденных), при этом заявляемая индикаторная тест-полоска обладает высокой надежностью, компактностью и простотой в использовании.
Отравления ингибиторами холинэстераз диагностируется с помощью анализа активности бутирилхолинэстеразы, которая является доказанным биохимическим показателем при воздействии отравляющих веществ.
Принцип действия основан на реакции гидролиза с субстратом ацетилхолином, при которой образуется уксусная кислота и холин (схема 1). Образующаяся уксусная кислота снижает pH сыворотки и изменяет цвет индикатора бромтимолового синего с синего на желтый (цветовая шкала активности фермента для данного индикатора представлена на фигуре 2), а индикатора фенолового красного с красного на желтый (цветовая шкала активности фермента для данного индикатора представлена на фигуре 3). Изменение окраски безошибочно регистрируется визуально.
Схема 1. Реакция гидролиза с субстратом ацетилхолином.
Надежность тест-полоски подтверждена стандартным фотометрическим методом с бутирилтиохолином и гексацианоферратом (III) на биоанализаторе. В эксперименте были использованы два ингибитора холинэстеразы - неостигмин и ботулотоксин А. Результаты окраски индикаторной тест-полоски коррелировали с активностью бутирилхолинэстеразы, полученной на анализаторе. Цветовая шкала каждого индикатора проградуирована в соответствии с уровнем активности фермента. Совместное применение двух индикаторов согласно полезной модели позволяет уточнять степень смещения в щелочной и кислой областях pH, поскольку их диапазон кислотности-основности смещен относительно друг друга на 0,6 единиц pH.
Чувствительность полосок позволяет зафиксировать снижение активности бутирилхолинэстеразы до 80% от первоначального уровня, что достаточно для диагностики легкой степени отравления, при которой отсутствуют какие-либо клинические симптомы(Moore D. H. Long term health effects of low dose exposure to nerve agent //Journal of Physiology-Paris. – 1998. – Т. 92. – №. 3-4. – С. 325-328).
2
2
Заявляемая полезная модель работает следующим образом. Для проведения тестирования необходимо произвести забор крови у пациента (3 мл) в клиническую пробирку (изделие медицинское для забора крови – пробирка вакуумная с активатором свертываемости крови (диоксидом кремния Si0) объёмом, например 1, 2, 3, 4, 5, 6 или 9 мл) в соответствии с инструкцией по применению пробирки для обеспечения нужного соотношения крови с активатором. При необходимости возможно провести забор другого объёма крови (например, 1, 2, 4, 5, 6 или 9 мл) в соответствующую пробирку вакуумную с активатором свертываемости крови (диоксидом кремния Si0). Далее подготовить сыворотку путем центрифугирования (15 мин при 2000 об/мин). Далее тест-полоска опускается в пробирку с сывороткой, так, чтобы были смочены обе индикаторные зоны на тест-полоске, затем тест-полоска переносится в чашке Петри в термостат при 37°С на 11,5 мин. По завершении реакции проявившийся цвет сравнивают с цветовыми шкалами для двух индикаторов (фигура 2 и 3). Цветовые шкалы проградуированы для визуального определения активности бутирилхолинэстеразы и диагностики возможности отравления у субъекта или СВДС у младенцев.
Экспрессность тест-полоски обеспечивается быстрым протеканием реакции и проведением анализа при повышенной температуре.
Для проведения анализа уровня бутирилхолинэстеразы у детей до года возможен забор крови методом «сухой капли», при этом образец пятнышка крови элюируют дистиллированной водой 90 мкл, после чего центрифугируют при 5°С в течение 10 мин при 4500 об/мин. После подготовки образца анализ проводят с индикаторной тест-полоской согласно данной полезной модели.
Тест-полоска обладает достаточной чувствительностью, доступностью, быстротой проведения и надежностью.
Таким образом, индикаторная тест-полоска позволяет при отсутствии каких-либо клинических признаков отравления установить возможность отравления малыми дозами ингибиторами холинэстеразы сыворотки крови/ вероятность СВДС.
Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретные варианты её осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченным по объему только ниже следующей формулой полезной модели.