АНАЛИЗ ТРОПОНИНА I С ПРИМЕНЕНИЕМ МАГНИТНЫХ МЕТОК
ANALYSIS OF TROPONIN I WITH APPLICATION OF MAGNETIC LABELS

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу, устройству и картриджу для измерения тропонина I в образце. Изобретение дополнительно относится к применению этого способа, устройства и картриджа в способе диагностирования инфаркта миокарда.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ИЗОБРЕТЕНИЮ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Измерение в крови тропонина I является важным этапом в диагностике инфаркта миокарда.
Современный биологический анализ тропонина I основан на лабораторных высокочувствительных гетерогенных иммунологических анализах с детекцией люминесценции. Это включает испускание света при химической реакции или визуализацию излучающей метки. При использовании таких иммунологических анализов чувствительность иммунологического анализа составляет порядка пг/мл. Как правило, эти анализы выполняют на больших автоматизированных системах детекции, позволяющих достигать высокопроизводительного измерения и не подходящих для быстрого анализа вне централизованных лабораторий и технически неподготовленным пользователем.
Иммунологические анализы, в которых в качестве детектируемых меток используют магнитные метки, известны на современном уровне техники. Такие анализы обеспечивают воздействие магнитного поля и сокращают время анализа. В этих анализах магнитные метки являются стерически затрудненными из-за больших размеров и не связываются с поверхностью молекулярных рецепторов так же легко, как молекулярные метки (такие, как радиоактивный йод, ферментативная метка и т.д.). Кроме того, так как в ходе анализа метки намагничиваются, увеличивается длительность контакта меток между собой, что повышает вероятность необратимой агрегации магнитных меток и потери количественной информации. Использование больших магнитных частиц (>200 нм) может представлять собой значительную проблему, так как им более свойственно образовывать необратимые кластеры.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является предоставление чувствительного и быстрого способа измерения тропонина I в образце. Цель осуществляют способом измерения тропонина I в образце, включающим по меньшей мере следующие этапы:
а) предоставление образца;
b) приведение образца в контакт с моноклональным антителом к тропонину I, связанным с магнитной меткой;
с) приведение образца в контакт с поликлональным антителом к тропонину I, связанным с поверхностью сенсора, или по меньшей мере с двумя различными антителами к тропонину I, связанными с поверхностью сенсора;
d) детекцию магнитной метки на поверхности сенсора, где этапы b) и c) можно проводить в любом порядке.
Далее в настоящем документе подразумевают, что "поликлональное антитело к тропонину I" включает как поликлональное антитело к тропонину I, так и по меньшей мере два различных антитела к тропонину I.
"В любом порядке" включает одновременное приведение образца в контакт с моноклональным и поликлональным антителами к тропонину I.
Предпочтительно этап b) предшествует этапу c). Эта последовательность этапов улучшает связывание в анализе, так как моноклональное антитело к тропонину I, связанное с магнитной меткой, имеет больше степеней свободы относительно поликлонального антитела к тропонину I, связанных с поверхностью сенсора. Этот вариант осуществления приводит к сокращению длительности анализа.
Настоящее изобретение относится к быстрому иммунологическому анализу тропонина I, который обеспечивает чувствительную детекцию тропонина I в течение 5 минут с использованием малого объема образца. Связывание меток относительно большого размера с основной поверхностью сенсора представляет собой сложную задачу вследствие пониженной подвижности первичного и вторичного антител, прикрепленных к их соответствующим поверхностям.
Антитела к тропонину I, которые хорошо функционируют в растворе и рекомендованы поставщиками антитела, не обеспечивают высокого сигнала в 1-стадийном анализе с магнитными метками. Без желания быть связанным этой теорией, причиной этого, вероятно, являются более строгие требования к оптимальной ориентации антител для связывания в анализе с магнитной меткой.
Комбинация моноклонального антитела к тропонину I, связанного с магнитной меткой, с поликлональным антителом к тропонину I, связанным с поверхностью сенсора, дает улучшенные результаты по сравнению с парами антител для анализа тропонина I, рекомендуемыми в описаниях поставщиков.
В предпочтительном варианте осуществления магнитная метка представляет собой частицу, содержащую неорганическое вещество или комбинацию органического и неорганического вещества, например частицы оксида железа в полимерном матриксе. Применение магнитных меток обеспечивает воздействие магнитного поля, увеличивающее кинетику реакции в анализе. Кроме того, применение магнитных меток облегчает удаление любой метки, связанной или не связанной с моноклональным антителом к тропонину I, которое не образует комплекс с поверхностью сенсора, посредством магнитного поля, предпочтительно в комбинации с градиентом. Данный вариант осуществления устраняет необходимость дополнительных этапов отмывки для идентификации специфического сигнала относительно фонового связывания.
В предпочтительном варианте осуществления размер применяемой магнитной метки составляет от 200 до 1000 нм. Частицы в этом диапазоне размеров обеспечивают оптимальные условия анализа и детекции.
В другом предпочтительном варианте осуществления применяемое поликлональное антитело к тропонину I является поликлональным антителом козла к тропонину I. Применение поликлональных антител козла приводит к оптимизированным результатам анализа.
В другом варианте осуществления магнитную метку детектируют оптически, предпочтительно посредством нарушенного полного внутреннего отражения (FTIR). В еще одном варианте осуществления магнитную метку детектируют магнитным способом.
in vitro
Дополнительно или альтернативно предусмотрено, что магнитные метки можно детектировать на основе присутствия второй магнитной или немагнитной метки. Эта метка может прямо связываться с магнитной меткой или опосредованно связываться с меткой через анализируемое вещество. Немагнитную метку можно связать с магнитной меткой посредством неорганического или органического компонента снаружи магнитной метки или можно ввести в магнитную метку. Подходящими вторыми метками по настоящему изобретению являются метки, как правило, применяемые в анализах , в качестве неограничивающих примеров, такие как хромофорные группы, радиоактивные метки, электролюминесцентные метки, хемилюминесцентные метки, фосфоресцентные метки, флуоресцентные метки или отражающие метки.
Цель изобретения дополнительно реализована в виде биосенсорного устройства, способного к измерению тропонина I способом по настоящему изобретению.
Кроме того, цель изобретения реализована в виде картриджа для применения в устройстве для анализа, состоящего из:
a) моноклональное антитело к тропонину I, связанное с магнитной меткой;
b) поликлональное антитело к тропонину I, связанное с поверхностью сенсора в картридже;
c) подвод образца.
Предпочтительно размер магнитной метки в картридже составляет от 200 до 1000 нм.
В предпочтительном варианте осуществления картриджа поликлональное антитело к тропонину I является поликлональным антителом козла.
Настоящее изобретение будет описано в отношении конкретного варианта осуществления и со ссылкой на определенные чертежи, но изобретение не ограничено ими. Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не следует интерпретировать как ограничивающие область. Описываемые чертежи являются только схематическими и не являются ограничивающими. На чертежах в иллюстративных целях размер некоторых элементов может быть преувеличен и может не соответствовать масштабу. Когда в настоящем описании и в формуле изобретения применяют термин "включающий", он не исключает другие элементы или этапы. Если конкретно не указано иначе, когда имя существительное используют в единственном числе, оно включает множественное число.
Кроме того, термины первый, второй, третий и т.п. в описании и в формуле изобретения применяют для различения схожих элементов и необязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что применяемые таким образом термины являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах и что варианты осуществления изобретения, описываемые в настоящем документе, допускают использование в последовательности, отличной от описанной или проиллюстрированной в настоящем документе.
Следующие термины или определения предоставлены исключительно для помощи в понимании изобретения. Эти определения не следует истолковывать как имеющие область, меньшую, чем понимает специалист в данной области.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1: Схематическое представление анализа по изобретению.
Фиг.2: Кривая "доза-ответ" для тропонина I.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу детекции тропонина I, предпочтительно тропонина I млекопитающего, более предпочтительно тропонина I человека, способом иммунологического анализа.
В анализе применяют два различных антитела, моноклональное антитело к тропонину I, связанное с магнитной меткой, и поликлональное антитело к тропонину I, связанное с поверхностью сенсора. На фиг.1 представлена схематическая структура анализа по изобретению. На фиг.1A образец (1), потенциально содержащий тропонин I, приводят в контакт с моноклональным антителом к тропонину I (2), связанным с магнитной меткой (3). Образец дополнительно приводят в контакт с поликлональным антителом к тропонину I, связанным с поверхностью сенсора (5). Моноклональное и поликлональное антитело к тропонину I выбирают так, чтобы представляющее интерес анализируемое вещество, т.е. в настоящем случае тропонин I, могло одновременно связываться с моноклональным и поликлональным антителом к тропонину I. Если тропонин I присутствует в образце, на поверхности сенсора образуются комплексы (6), состоящие из поликлонального антитела, связанного с поверхностью сенсора, тропонина I и моноклонального антитела, связанного с магнитной меткой. Это схематично представлено на фиг.1В. Количество тропонина I, присутствующее на поверхности сенсора, предпочтительно определяют после удаления моноклонального антитела к тропонину I, содержащего магнитную метку или любую несвязанную магнитную метку, неспецифически образующую комплекс на поверхности посредством тропонина I. В следующих разделах будут описаны элементы настоящего изобретения.
Антитела
Моноклональное антитело по настоящему изобретению также включает Fab-фрагменты моноклональных антител, аптамеры, affibody, фрагменты scFv и любую другую связывающую единичный эпитоп молекулу, известные специалисту в данной области. Поликлональное антитело по настоящему изобретению также включает Fab-фрагменты поликлональных антител и любую группу связывающих молекул с вариабельной структурой, известные специалисту в данной области.
В предпочтительном варианте осуществления антитело по настоящему изобретению направлено к последовательности аминокислот 30-110, более предпочтительно 80-110, молекулы тропонина I. Она представляет собой стабильную часть молекулы. Предпочтительно выбранные эпитопы не перекрываются с известными областями связывания гепарина, которое может приводить к помехам в гепаринизированных образцах.
Предпочтительно моноклональное антитело к тропонину I выбрано из группы, содержащей клоны А34500 (связывающийся с аминокислотами 87-91 тропонина I), 8I-7 (а34780, связывающийся с аминокислотами 136-154 тропонина I), А34650 (связывающийся с аминокислотами 41-49 тропонина I), 267 (ab 14530, связывающийся с аминокислотами 169-184 тропонина I), 16А11 (a24460, связывающейся с аминокислотами 87-91 тропонина I), 19C7 (a19615, связывающийся с аминокислотами 41-49 тропонина I), 560 (связывающийся с аминокислотами 83-93 cTnI) или их сочетания.
Применение этих клонов приводит к улучшенной избирательности в магнитном иммунологическом анализе по изобретению.
Способы покрытия являются специфичными для магнитных меток, применяемых в анализе. Можно использовать известный специалистам в данной области протокол Ademtech. В этом протоколе моноклональное антитело в концентрации, например, 20 мкг антитела/мг магнитной метки связывают с карбоксилированными магнитными метками в присутствии EDC (1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиимид).
Поверхность сенсора по настоящему изобретению функционализирована поликлональным антителом. Поликлональное антитело предпочтительно в качестве степеней свободы для связывания тропонина I, особенно, когда связывание с моноклональным антителом к тропонину I с магнитной меткой ограничено. Одним из преимуществ является возможность вариабельности ориентации поликлональных антител, иммобилизованных на поверхности вследствие различных типов поликлональных антител. Дополнительные преимущества могут являться результатом увеличения количества соответствующих участков связывания при использовании поликлональных антител, направленных к различным эпитопам, что приводит к оптимизации результатов анализа.
Более предпочтительно поликлональное антитело козла, специфичное к тропонину I вследствие благоприятных результатов.
В еще одном варианте осуществления поверхность сенсора покрывают дополнительным антителом, специфичным к тропонину I, или смесью нескольких антител, специфичных к тропонину I. Предпочтительно дополнительное антитело представляет собой моноклональное антитело.
В другом варианте осуществления изобретения поверхность покрыта по меньшей мере двумя, даже более предпочтительно по меньшей мере 3, различными моноклональными антителами к тропонину I или смесью моноклональных антител к тропонину I. Это приводит к поверхности сенсора с "поликлональным" антителом, т.к. присутствуют участки связывания более чем к одному эпитопу. Эта ситуация функционально сходна с покрытием поликлонального антитела.
Например, антитело можно наносить на поверхность сенсора посредством струйной печати каплями (например, 2 нл) с концентрацией приблизительно 150 мкг/мл в PBS.
Магнитная метка
В настоящем изобретении моноклональное антитело к тропонину I связано с магнитной меткой, содержащей магнитные элементы, что позволяет манипулировать меченым антителом посредством магнита в анализирующем устройстве.
Характер используемой магнитной метки по настоящему изобретению неважен. Подходящие магнитные метки включают полностью неорганические метки и метки, представляющие собой смесь неорганического и органического вещества (например, полимера).
Магнитные метки коммерчески доступны, например, в Dynal, Estapor, Seradyn и их широко применяют в биологических анализах, доступных в нескольких диагностических компаниях.
3
2
2
2
2
2
2
8-10
2
2+
Прикрепление моноклонального антитела к тропопину I к поверхности магнитной метки по изобретению можно проводить способами, описанными в данной области. Например, магнитная метка может нести одну или более функциональных групп, таких как гидроксильная, карбоксильная, альдегидная или аминогруппа. Их в большинстве случаев можно получать, например, обработкой непокрытых монодисперсных суперпарамагнитных меток с получением покрытия поверхности полимером, несущим одну из таких функциональных групп, например полиуретаном, совместно с полигликолем с получением гидроксильных групп или производными целлюлозы с получением гидроксильных групп, полимером или сополимером акриловой кислоты или метакриловой кислоты с получением карбоксильных групп, или аминоалкилированного полимера с получением аминогрупп. В патенте США 4654267 описано применение многих из таких поверхностных покрытий. Другие покрытые магнитные метки можно получать модификацией меток в соответствии с патентами US4336173, US4459378 и US4654267. Например, макропористые полимерные частицы, полученные из стирола-дивинилбензола диаметром 3,15 мкм можно обрабатывать HNO для введения групп NO на поверхность пор. Затем частицы можно диспергировать в водном растворе Fe. Fe окисляется NO группами, что приводит к осаждению нерастворимых окси-гидроксисоединений железа внутри пор. После нагревания железо находится в виде мелко разделенных частиц магнитных оксидов железа во всем объеме пористых частиц. Реакцией с Fe группы NO восстанавливаются до групп NH. Для заполнения пор и введения желаемых функциональных групп на поверхность в порах и на поверхности необходимо полимеризировать различные мономеры. Частицы предпочтительного типа поверхности несут группы ОН, связанные с полимерной основой посредством связей (CHCHO). Другие предпочтительные частицы несут группы COOH, получаемые при полимеризации метакриловой кислоты. Например, группы NH, исходно представленные в частицах, можно подвергать реакции с диэпоксидом, как описано в US4654267, с последующей реакцией с метакриловой кислотой c обеспечением объединения по концевым виниловым группам. Сополимеризация в растворе с метакриловой кислотой приводит к полимерному покрытию, содержащему концевые карбоксильные группы. Подобным образом можно вводить аминогруппы посредством реакции диамина с указанным выше продуктом реакции с диэпоксидом, тогда как реакцией с гидроксиамином, таким как аминоглицерол, вводят гидроксигруппы. Связывание биологически активной молекулы с частицей может являться необратимым, но также оно может являться обратимым при использовании линкерной молекулы для сшивания метки и биологически активной молекулой. Примеры таких линкеров включают пептиды с определенным участком распознавания при протеолизе, олигонуклеотидные последовательности с участком распознавания для определенного фермента рестрикции, партнеры по связыванию, такие как стрептавидин/биотин или химически обратимые сшивающие группы, такие как группы, содержащие восстанавливаемую дисульфидную группу. Множество обратимых сшивающих групп можно получать в Pierce Biotechnology Inc. (Rockford, IL, USA).
Коммерчески доступны магнитные метки различных размеров в диапазоне от нанометров до микрометров.
При рассмотрении применения размера магнитной метки в высокочувствительном анализе важным является оценка противодействующих эффектов. Чем больше метка, тем выше сигнал на каждое событие связывания. Кроме того, большая магнитная метка предполагает большую магнитную емкость, которая в свою очередь позволяет применять большую силу к данному магнитному полю. Это позволяет меткам собираться и перемещаться в растворе с большей скоростью. С другой стороны, большие магнитные метки имеют тенденцию к необратимой агрегации и обладают большим стерическим затруднением при связывании с поверхностью. Кроме того, большие метки уменьшают динамический диапазон анализа и способность анализа к количественному определению, т.к. число упаковки меток на поверхности сенсора для меток большего размера ограничено. Для высокой чувствительности и высокой скорости авторы изобретения нашли, что оптимальным размер магнитной метки составляет от 200 до 1000 нм. С применением магнитных меток 500 нм авторы изобретения при анализе 5 мин по изобретению могут получать 1 пкМ LOD.
Детекция
Как применяют в настоящем документе, термин "поверхность сенсора" относится к поверхности, с которой могут связываться антитела и которая обеспечивает детекцию метки вблизи нее. Как правило, поверхность детекции является твердой однородной поверхностью. Поверхность детекции может являться поверхностью сенсора, т.е. поверхностью, которая включена в детекцию. Альтернативно сенсор может располагаться вблизи, например под поверхностью детекции, что обеспечивает детекцию меток, расположенных рядом с поверхностью детекции.
Проиллюстрирована детекция концентрации тропонина I в образце различными техниками детекции, но настоящее изобретение не ограничено ею.
Поверхность детекции, с которой в применяемых устройствах в способах по изобретению связываются поликлональные антитела к тропонину I, как правило, является специально дериватизированной поверхностью, с которой могут связываться молекулы, более конкретно антитела или их функциональные фрагменты. Примеры подходящих поверхностей включают: стекло, металл, пластик, органический кристалл или неорганический кристалл (например, кремний), аморфное органическое или аморфное неорганическое вещество (например, нитрид кремния, оксид кремния, оксинитрид кремния, оксид алюминия). Подходящие поверхностные вещества и связывающие химические структуры известны специалистам в данной области и описаны, например, в "Diagnostic Biosensor Polymers", A. M. Usmani and N. Akmal, American Chemical Society, 1994 Symposium Book Series 556, Washington DC, USA, 1994, в "Protein Architecture, Interfacing Molecular Assemblies and Immobilization Biotechnology". Под редакцией Y. Lvov and H.Mhwald (Marcel Dekker, New York, 2000), в "The Immunoassay Handbook" David Wild (Nature Publishing Group, London, 2001, ISBN 1-56159-270-6) или "Handbook of Biosensors and Electronic Noses. Medicine, Food and the Environment" Kress-Rogers (ISBN 0-8493-8905-4). Подложки для связывания белков с покрытыми и непокрытыми пластиковыми и стеклянными подложками описаны в Angenendt et al. (2002; Anal. Biochem. 309, 253-260).
Средства для детекции, подходящие для применения в способах, системах и устройствах по настоящему изобретению, являются средствами для детекции, способными детектировать соответствующий сигнал, в качестве неограничивающих примеров такой, как магнитный сигнал, магнитное сопротивление, эффект Холла, оптический сигнал (отражение, поглощение, рассеивание, флуоресценция, хемилюминесценция, RAMAN, FTIR и т.д.). Такие оптические метки известны специалистам и включают флуоресцеиновые красители, такие как 5- (и 6-)карбокси-4',5'-дихлор-2',7'-диметоксифлуоресцеин, 5-карбокси-2',4',5',7'-тетрахлорфлуоресцеин и 5-карбоксифлуоресцеин, родаминовые красители, такие как 5- (и 6-)карбоксиродамин, 6-карбокситетраметилродамин и 6-карбоксиродамин X, фталоцианины, такие как метил-, нитрозил-, сульфонил- и аминофталоцианины, азокрасители, азометины, цианины и ксантины, такие как метил-, нитро-, сульфано- и аминопроизводные и сукцинилфлуоресцеин. Другие подходящие метки представляют собой флуорофоры группы цианиновых димеров и мономеров, таких как TOTO, YOYO, TO-PRO, Cy3, Cy5, Cy5,5, Cy7 и т.д., или в качестве флуоресцентных красителей можно использовать такие красители, как LCRed 705.
В конкретных вариантах осуществления средства детекции способны детектировать акустический сигнал (микровесы на кристалле кварца (QCM), поверхностные акустические волны (SAW) или объемные акустические волны (BAW) и т.д.). Такие акустические сигналы можно генерировать посредством везикул, таких как липосомы, мицеллы или пузырьки. Такие везикулы могут быть заполнены жидкостью, газом, газообразным предшественником и/или твердыми или растворенными веществами.
В зависимости от характера детектируемого сигнала поверхность детекции может являться неотъемлемой частью средств детекции (поверхность сенсора) или может обеспечивать детекцию присутствия магнитной метки на ее поверхности.
В одном из примеров радиоактивные метки, такие как, например, люминесцентные или флуоресцентные метки, встроены в применяемые метки или присоединены к ним. Возбуждение флуоресцентных меток можно проводить, применяя источник облучения, например такой, как сфокусированный луч лазера или возбуждение затухающего поля, обеспечивающие оптическую детекцию таких меток. Детекцию можно проводить любым подходящим способом, например таким, как с применением конфокальной детекции или линзы с высокой числовой апертурой. Применение флуоресцентных меток позволяет проводить мультиплексирование с применением различных флуорофоров, различающихся по длине волны возбуждения и/или испускания.
Также оптическую детекцию можно проводить посредством резонансной спектроскопии усиленного поверхностью комбинационного рассеяния (SERRS). SERRS является ультрачувствительным способом детекции молекул или частиц посредством адсорбции оптически меченных молекул или частиц на коллоидных метках, например частицах серебра. Оптическая метка представляет собой подходящую молекулу красителя (такую, как родамин), вызывающую плазмонный резонанс или резонанс красителя, когда коллоидные частицы образуют кластер контролируемым способом. Например, известно, что существуют магнитные метки с металлическим покрытием. Если, например, антигены (с которыми связывается мишень, т.е. антитела) связаны с такой покрытой серебром магнитной меткой, тогда как антиген также связан с подходящим красителем, специфичные к антигену антитела приведут к связыванию красителя с покрытыми серебром магнитными метками. Воздействие магнитного поля приведет к образованию кластеров/стержневидных структур, что приводит к резонансу красителя. SERRS можно детектировать после воздействия на несвязывающей поверхности сенсора в затухающем поле. В такой системе детекцию антитела можно осуществлять в одиночной камере, исключая этапы отмывки жидкостью, так как детекция ограничена поверхностью и не нарушается несвязанными красителями из раствора.
c
В другом примере можно применять магнитный сенсор, например такой, как сенсор Холла, магниторезистивный сенсор, такой как, например, сенсоры GMR, TMR или AMR. В конкретном примере магнитная детекция может использовать преимущества того факта, что для прилагаемого магнитного поля переменного тока можно использовать конкретную частоту. В режиме с низкой частотой, т.е. при частоте, например, ниже 100 Гц, преобладает шум 1/f элемента магнитного сенсора. Шум 1/f вызван флуктуациями тока от точки к точке и обратно пропорционален частоте. В магниторезистивном сенсоре шум 1/f возникает вследствие магнитных флуктуаций в свободном слое. Когда частота генерируемого магнитного поля переменного тока составляет 100 Гц или выше, преобладающий шум 1/f значительно снижен по сравнению с известным уровнем техники, что приводит к улучшению отношения сигнала к шуму (SNR). Предпочтительно, когда частота магнитного поля переменного тока дополнительно увеличена до значения, когда уровень теплового белого (Найквиста) шума начнет преобладать над уровнем шума 1/f. Как указано в WO 2005/010542, тепловой белый шум сенсора GMR становится доминирующим при определенной угловой частоте выше f≈ 50 кГц. Уровень белого шума ограничивает теоретически достижимый предел детекции.
2
Как указано выше, детекция магнитных меток на поверхности детекции можно обеспечивать любым прямым или непрямым способом, известным в данной области. Конкретные способы детекции основаны на магнитных свойствах метки, таких как GMR, или оптических свойствах магнитных меток, таких как детекция с нарушенным полным внутренним отражением (FTIR). Для осуществления способов по настоящему изобретению подходят миниатюризированные чипы сенсора GMR, встроенные в одноразовые картриджи с проточными кюветами, как описано, например, в Nellissen et al. (2007) в протоколах 15th European Microelectronics and Packaging Conference, p210-204 или De Boer et al. (2007) Biosens. Bioelectron. 22, 9-10, и они позволяют детектировать плотность трех 300 нм меток на поверхности чипа 1500 мкм.
Картридж
В одном из вариантов осуществления изобретения моноклональное антитело к тропонину I, связанное с магнитной меткой, и поликлональное антитело к тропонину I, связанное с поверхностью сенсора, находятся внутри картриджа. Так как реагенты для анализа уже находятся внутри картриджа, пользователю необходимо только добавить жидкий образец через устройство ввода образца, что повторно диспергирует реагенты и метки с получением требуемых условий буфера. Сухие реагенты предпочтительно включают необходимые для анализа компоненты буфера и магнитные метки с моноклональными антителами к тропонину I. Компоненты сухих реагентов можно наносить и высушивать отдельно в различных местах картриджа или хранить вместе в одном и том же месте. Реагенты можно наносить, используя несколько способов сушки, включая лиофилизацию. Лиофилизация предотвращает образование кристаллов и позволяет реагентам высыхать до аморфного стекловидного состояния, которое легко подвергается повторному диспергированию при добавлении жидкости. Предпочтительно картридж подходит для оптической детекции магнитных меток.
Биосенсорное устройство
По варианту осуществления изобретения присутствие или концентрацию тропонина I в образце определяют, применяя биосенсорное устройство. Биосенсорное устройство должно включать реакционную камеру для приведения образца в контакт с моноклональным антителом к тропонину I, связанным с магнитной меткой, и поликлональным антителом к тропонину I, связанным с поверхностью сенсора. Эта камера должна способствовать связыванию тропонина I с моноклональным антителом к тропонину I, связанным с магнитной меткой, и поликлональным антителом к тропонину I, связанным с поверхностью сенсора с тропонином I.
Для содействия простому использованию биосенсорного устройства реакционная камера предпочтительно является частью картриджа.
В конкретных вариантах осуществления способа, описанного в настоящем изобретении, оптимизации взаимодействия антиген-антитело достигают посредством воздействия магнитного поля; применяя при анализе магнитное поле, направленное к поверхности детекции, и/или импульсных сил воздействия, направленных на магнитные метки, несущие первичные антитела к тропонину I, обеспечивая оптимизированный контакт с поверхностью детекции. Для оптимизации контакта с иммобилизованными антителами магнитными метками можно манипулировать различным образом. В конкретных вариантах осуществления воздействие магнитного поля в анализе осуществляют, как указано ниже.
На первом этапе метки с моноклональным антителом быстро связываются с поверхностью сенсора на этапе «накопления». Это обеспечивают применением магнитного поля в направлении к поверхности сенсора. В конкретных вариантах осуществления магнитное поле обеспечивает достижение магнитными метками поверхности сенсора, например, так, чтобы достигать образование на поверхности по меньшей мере 50%, 75% или 90% монослоя, предпочтительно образования 100% монослоя.
На втором этапе силы магнитного поля устраняют и метки могут перемещаться на поверхности сенсора по существу с неограниченными степенями подвижности поступательного и вращательного движения. После определенного промежутка времени происходит диффузия и в конкретных вариантах осуществления предусмотрено, что еще раз применяется направленное магнитное поле из первого этапа. Эти этапы можно повторять несколько раз для обеспечения связывания всех магнитных меток с тропонином I, связанных с моноклональными антителами, с поликлональными антителами на поверхности детекции. Посредством этого чередования включения/выключения магнитного поля достигают импульсного воздействия.
В альтернативных вариантах осуществления условий воздействия магнитного поля, рассматриваемых в настоящем документе, поступательное и вращательное движения на поверхности детекции не только являются результатом пассивной диффузии в отсутствие магнитного поля, но активно обеспечены применением одного или более магнитных полей, обеспечивающих перемещение магнитных меток на поверхности детекции.
В конкретных вариантах осуществления сила магнитного поля, обеспечивающая движение магнитных меток на поверхности детекции, обеспечена импульсным воздействием на метки. Это может включать, например, чередование направления магнитного поля перпендикулярно поверхности детекции, или параллельно поверхности детекции, или комбинацию различных полей с различными ориентациями. Например, такие способы описаны в WO2007129275. Время и продолжительность каждого импульса рассчитывают на основе размера метки так, чтобы оптимально обеспечить метке совершение по меньшей мере одного полного оборота вокруг своей оси на поверхности связывания. В конкретных вариантах осуществления силы воздействия по существу перпендикулярны поверхности, т.к. большие силы, параллельные поверхности сенсора, могут удалять специфически связанные магнитные метки.
В способах, описываемых в настоящем документе, необязательно предусмотрено, что после приведения магнитных меток в контакт с поверхностью детекции в результате воздействия магнитного поля применяют силу магнитного поля, направленную на удаление меток с поверхности детекции для обеспечения удаления несвязанных меток. Таким образом нет больше необходимости в дополнительных этапах отмывки для удаления магнитной метки.
Выявлено, что способы, включающие импульсное воздействие, чередующееся с поступательным и вращательным движениями магнитной метки на поверхности детекции, значительно более эффективны, чем способы, включающие только постоянную силу магнитного поля, притягивающую метки к поверхности детекции. Импульсное воздействие также уменьшает вероятность необратимой агрегации меток, т.к. длительность контакта меток друг с другом также уменьшена.
Предпочтительная схема воздействия состоит из инкубации образца с картриджем и магнитными метками в течение приблизительно 1 минуты с последующим импульсным воздействием в течение приблизительно 4 минут и удалением меток с применением верхней катушки в течение приблизительно 10 секунд.
Образец
Термин "образец" в настоящем документе применяют в широком смысле, он предназначен для включения широкого ряда биологических веществ, а также композиций, полученных или выделенных из таких биологических веществ. Образец может представлять собой любой подходящий препарат, в котором определяют тропонин I-мишень, предпочтительно кровь. Образец может включать, например, ткань или жидкость организма в качестве неограничивающих примеров, такие как кровь (включая плазму и другие фракции), спинномозговая жидкость, слизь, мокрота, слюна, сперма, кал или моча или любая их фракция. Иллюстративные образцы включают цельную кровь, эритроциты, лейкоциты, лейкоцитарный слой, волосы, ногти и вещество кутикулы, мазки, включая в качестве неограничивающих примеров буккальные мазки, мазки из зева, вагинальные мазки, уретральные мазки, цервикальные мазки, ректальные мазки, мазки из участка повреждения, мазки из абсцесса, носоглоточные мазки, назальные мазки и т.п., лимфатическую жидкость, амниотическую жидкость, цереброспинальную жидкость, перитонеальный экссудат, плевральный экссудат, кистозную жидкость, синовиальную жидкость, стекловидное тело, водянистую влагу, суставную жидкость, омывающие глаз жидкости, аспираты из глаз, плазму, сыворотку, легочный лаваж, аспират из легких, вещество биопсии любой ткани организма. Специалисту в данной области понятно, что лизаты, экстракты или вещества, полученные из любых указанных выше иллюстративных биологических образцов, также рассматриваются как образцы. Клетки из тканевых культур, включая экплантированный материал, первичные клетки, вторичные клеточные линии и т.п., а также лизаты, экстракты, супернатанты или вещества, полученные из любых клеток, тканей или органов, также входят в понятие термина биологического образца, применяемого в настоящем документе. Эти списки не являются исчерпывающими.
В конкретных вариантах осуществления изобретения образец подвергают предварительной обработке для облегчения детекции образца способом детекции. Например, как правило, предусмотрена предварительная обработка образца, приводящая к частичному выделению или выделению тропонина I-мишени. Доступно множество способов и наборов для предварительной обработки образцов различных видов.
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способам, где сочетаются одно или более различных условий для оптимизации детекции тропонина I. В дополнительных конкретных вариантах осуществления скомбинированы все из описанных выше условий, улучшающих детекцию тропонина I.
Специалистам в данной области очевидны другие структуры устройства, картриджа и способов осуществления изобретения.
Следует понимать, что хотя в настоящем документе для устройств и картриджей по настоящему изобретению описаны предпочтительные варианты осуществления, конкретные конструкции и конфигурации, а также вещества, можно осуществлять различные изменения или модификации формы или элементов без отклонения от объема и сущности этого изобретения.
ПРИМЕРЫ
Кривую "доза-ответ" для тропонина I определяли способом по изобретению. Результаты представлены на фиг.2. Поликлональное антитело к тропонину I, используемое в картридже, представляет собой поликлональное антитело козла, струйно нанесенное на полимерную поверхность сенсора при концентрации 150 мкг/мл антител в PBS. 500 нм-COOH-магнитные метки являются частицами оксида железа с покрытием частиц из Ademtech SA, функционализироваными в растворе 20 мкг антитела A34780(359P), клона 8I-7/мг магнитных частиц и разведенными в 5% BSA в PBS. Стандарты тропонина разбавляли 1:1 и 1 мкл экспонировали поверхности сенсора. Применяли протокол воздействия, состоящий из импульсного воздействия в течение 4 минут и 10 сек удаления метки с применением верхней катушки.