MXPA04011103A - Metodo y sistema de reaccion con un complejo de enzima-coenzima no regenerable. - Google Patents
Metodo y sistema de reaccion con un complejo de enzima-coenzima no regenerable.Info
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Abstract
La invencion se refiere a un metodo y a un sistema de reactivos para detectar un analito en una muestra, por medio de una reaccion enzimatica que involucra el uso de un complejo de enzima-coenzima como contraparte de reaccion estequiometrico para el analito presente en la muestra.
Description
METODO Y SISTEMA DE REACCION CON UN COMPLEJO DE ENZIMA- COENZIMA NO REGENERABLE
Descripción de la Invención La invención se refiere a un método y un sistema reactivo para detectar un analito en una muestra a través de una reacción enzimática, que comprende el uso de un complejo enzima-coenzima no regenerable, en particular, reactivos estequiométricos para el analito presente en la muestra. La detección de analitos, por ejemplo, glucosa en la sangre, se conoce mediante métodos enzimáticos. Estos provocan que el analito que va a determinarse se produzca en contacto con una enzima y una coenzima adecuadas, la enzima se emplea en cantidades catalíticas. Los equivalentes redox producidos en la reducción u oxidación de la coenzima se transfieren a los mediadores que se detectan entonces electromecánicamente o fotorn tricamen e en una etapa adicional. Una calibración proporciona una unión directa entre las mediciones y la concentración del analito que va a determinarse . Sierra et al. (Anal. Chem. 69 (1997), 1471-1476) describe una determinación de la glucosa sanguínea basada en la fluorescencia intrínseca de la glucosa oxidasa. También en este método, la enzima se emplea junto con su coenzima FAD en
Ref . :159706 cantidades catalíticas, con equivalentes redox que se transfieren al oxígeno como mediador. Naraynaswamy et al. (Analytical Letters 21 (7) (1988), 1165-1175) describe una medición de la fluorescencia con la glucosa deshidrogenasa y NAD para la determinación de glucosa. La enzima en este caso se emplea en cantidades catalíticas, es decir, no estequiométricas . La medición de la fluorescencia detecta el NADH libre en la solución. Es posible a través de las sustancias electroquímicamente activas (mediadores) requeridas para los sistemas de detección del arte previo para detectar los analitos que van a determinarse solo indirectamente, es decir, vía una pluralidad de reacciones químicas. Para este propósito, un ajuste complicado de las concentraciones de las sustancias involucradas para optimizar la proporción de la reacción es frecuentemente necesario. Por otra parte, existe el riesgo de que las sustancias electroquímicamente activas requeridas sean inestables en un almacenamiento prolongado. A menudo, también los mediadores tienen que emplearse con un gran exceso en relación con el sistema enzima-coenzima. La coenzima tiene una reactividad alta, por lo que la actividad enzimática disminuye marcadamente en la descomposición del mediador, incluso en cantidades pequeñas, por ejemplo, < 1% o al exponerse a las sustancias externas, por ejemplo, volatilización de las sustancias de materiales empaquetados. Esto puede provocar señales falsas en la determinación del analito. Una desventaja adicional es que el tiempo para determinar los analitos aproximadamente son de al menos unos cuantos segundos, por ejemplo, para la glucosa en la región de > 4 segundos, y los volúmenes de la muestra requeridos son mayores, por ejemplo, de menos de 0.5 µ? . El objetivo en el cual se basa la presente invención, es al menos parcialmente evitar las desventajas descritas del arte previo. Se pretende particularmente proporcionar un método rápido y no sensible para la detección enzimática de analitos, que conducen a resultados fácilmente medibles incluso en ausencia de mediadores y/o indicadores. Este objetivo se logra usando un complejo de enzima-coenzima como un reactivo estequiométrico en lugar de, como de costumbre, un catalizador. La detección de los analitos requiere solamente una etapa de reacción sencilla y es por lo tanto extremadamente rápida. Ya no es requerido el uso de mediadores e indicadores, asociados con el empleo de mezclas de reacción múltiples, con baja estabilidad y alta susceptibilidad de interferencia. Por lo tanto, un aspecto de la invención es proporcionar un método para detectar un analito en una muestra mediante una reacción enzimática, que comprende las etapas: (a) poner en contacto la muestra con un reactivo de detección que comprende un complejo de enzima-coenzima, en donde no se presenta la regeneración de la coenzima, y (b) detectar una reacción del analito a través de un cambio en el complejo de la enzima-coenzima. Un aspecto adicional de la invención es un sistema reactivo para detectar un analito en una muestra, que comprende : (a) un reactivo de detección que comprende un complejo de enzima-coenzima, en donde no tiene lugar la regeneración de la coenzima, y (b) un soporte para recibir el reactivo de detección. La presente invención elabora una cualidad simple o determinación cuantitativa de analitos posibles dentro de un tiempo de reacción muy corto de, preferiblemente, < 1 s, más preferiblemente < 0.1 s. La reacción se lleva a cabo bajo condiciones en la cual la ausencia de regeneración de la coenzima tiene lugar durante la determinación. Por otra parte, es posible para un complejo de enzima-coenzima de la molécula reaccionar solamente con una molécula sencilla del analito. Por lo tanto, la reacción se lleva a cabo en ausencia de mediadores u otras sustancias capaces de provocar la regeneración de la coenzima. El reactivo de detección comprende el complejo de enzima-coenzima en una cantidad suficiente para elaborar una determinación cualitativa y/o cuantitativa del analito posible, de acuerdo al formato de prueba deseado. En particular, para la determinación cuantitativa del analito, se emplea un complejo de enzima-coenzima en una cantidad tal que el número de moléculas que reaccionan con el complejo de enzima-coenzima tiene correlación con la concentración del analito presente en la muestra. El complejo enzima-coenzima se emplea preferiblemente en particular en al menos una cantidad estequiometrica relativa al analito presente en la muestra, preferiblemente en un exceso estequiométrico relativo al analito. En relación con la declaración "en al menos una cantidad estequiometrica" significa que, el tamaño de la muestra se ajusta en relación al número de moléculas del complejo enzima-coenzima de tal forma que, en las concentraciones del analito esperadas en la muestra, el número de moléculas del complejo de la enzima-coenzima que reacciona con el analito está correlacionada con la concentración del analito presente en la muestra. "Cantidad estequiométrica" significa preferiblemente que el número de moléculas del complejo de enzima-coenzima corresponde al número máximo de moléculas analito que se esperan en la muestra de investigación. El método y el sistema de detección permite el uso de cantidades muy pequeñas de la muestra, por ejemplo, los volúmenes de la muestra de < 1 µ?, en particular < 0.1 µ? . La muestra puede cuando sea apropiado, también diluirse antes de ponerse en contacto con el reactivo de detección.
El método y sistema de detección de la invención son adecuados para determinar cualquier analito, por ejemplo, parámetros en los fluidos corporales tales como por ejemplo, sangre, suero, plasma u orina, pero también en muestras efluentes o comestibles. El método puede llevarse a cabo también como pruebas de humedad, por ejemplo, en una cuba, o como una prueba en seco en un soporte de reacción apropiado.
Los analitos que pueden determinarse son cualquier sustancia biológica o química que sean capaces de experimentar una reacción, en particular una reacción redox, con un complejo de enzima-coenzima tal como por ejemplo, glucosa, ácido láctico, ácido málico, glicerol, alcohol, colesterol, triglicérido, ácido ascórbico, cisteína, glutatión, péptidos, etc. La reacción enzimática es preferiblemente una reacción redox en la cual la coenzima en el complejo de la enzima-coenzima se reduce o se oxida. La enzima usada preferiblemente para una reacción de este tipo es una óxidoreductasa . La enzima preferiblemente usada es una deshidrogenasa , seleccionada por ejemplo a partir de una glucosa deshidrogenasa (E.C. 1. 1. 1.47), lactato deshidrogenasa (E . C .1.1.1.27 , 1.1.1.28), malato deshidrogenasa (E . C .1.1.1.37 ) , glicerol deshidrogenasa (E.C.1.1.1.6) , alcohol deshidrogenasa (E.C.1.1.1.1) o aminoácido deshidrogenasa, por ejemplo, L-amino-ácido deshidrogenasa (E.C.1.4.1.5) . Las enzimas adecuadas adicionales son las oxidadas como por ejemplo, la glucosa oxidasa (E . C .1.1.3.4 ) o el colesterol oxidasa (E . C .1.1.3.6 ) .
Para los propósitos de la presente invención son coenzimas, preferiblemente moléculas orgánicas que se enlazan covalentemente o no covalentemente a una enzima y son sustituidas, por ejemplo, oxidadas o reducidas mediante la conversión del analito. Ejemplos preferidos de coenzimas son flavina, derivados de nicotina y quinona, por ejemplo, derivados de nucleósido de flavina tales como por ejemplo, FAD, FADH2, FMN, FMNH2 , etc., nicotina, derivados de nucleósido tales como por ejemplo, NAD+, NADH/H+, NADP+, NADPH/H+, etc. o ubiquinonas tales como por ejemplo, la coenzima Q, PQQ, etc. El cambio en la coenzima a través de una reacción con el analito puede en principio detectarse de cualquier manera. Es posible en principio emplear para todos los métodos conocidos en el arte para detectar reacciones enzimáticas. Sin embargo, el cambio en la coenzima se detecta preferiblemente mediante métodos ópticos. Los métodos de detección ópticos incluyen por ejemplo, medición por absorción, fluorescencia, dicroismo circular (CD, por sus siglas en inglés) , dispersión giratoria óptica (ORD, por sus siglas en inglés) , refractometria , etc. El cambio en la coenzima se detecta preferiblemente en particular, midiendo la fluorescencia. La medición de la fluorescencia es altamente sensible y hace posible detectar aún las concentraciones bajas del analito en los sistemas miniaturizados . El método o sistema de detección de la invención puede comprender una prueba líquida, en cuyo caso el reactivo se presenta por ejemplo en la forma de una solución o suspensión en un líquido acuoso o no acuoso o como un polvo o liofilizado. Sin embargo, el método y sistema de detección de la invención comprende preferiblemente una prueba seca, en cuyo caso el reactivo se aplica a un soporte. El soporte puede comprender por ejemplo, una prueba de agotamiento que comprende un material absorbente y/o expansible que se moja mediante el líquido de muestra que va a investigarse. En una modalidad particularmente preferida, el reactivo de detección usado es un gel de matriz con un complejo de enzima-coenzima incrustado allí. La matriz de gel tiene preferiblemente un espesor de capa de < 50 µt?, en particular < 5 µp?, y se aplica a un soporte, por ejemplo, en al menos parcialmente un soporte óptimamente transparente. La matriz de gel puede ser una matriz que comprende uno o más polímeros solubles, como en los sistemas de prueba por secado conocidos (por ejemplo, AccuChek Active) , y pueden producirse mediante una aplicación de cuchilla y secante. La matriz es preferiblemente un polímero con una estructura basada en sustancias fotopolimerizables tales como por ejemplo, monómeros acrílicos, por ejemplo, acrilamida y/o ésteres acrílicos tales como diacrilato de polietilen glicol o monómeros vinilaromáticos, por ejemplo, ácido 4-vinilbencenosulfónicos o combinaciones de los mismos. Una matriz de gel de este tipo puede producirse mediante la aplicación de un líquido que contiene el reactivo; que comprende una enzima, un monómero fotopolimerizable y, cuando sea apropiado una coenzima, fotoiniciador y/o constituyentes no reactivos, por lo menos un soporte transparente parcialmente óptico, por ejemplo, para una hoja plástica e irradiar por ejemplo, con una luz UV en su lado inverso, de tal forma que la polimerización del monómero o de los monómeros tengan lugar en el soporte hasta un espesor de capa predefinido. El espesor de la capa puede controlarse añadiendo sustancias de absorción para el reactivo y/o a través de la duración o intensidad de irradiación. El reactivo líquido en exceso puede retirarse y reusarse después de la polimerización (ver por ejemplo, la figura 2) . Por otra parte, la matriz de gel puede producirse también mediante procedimientos de revestimiento convencionales en cuyo caso, el reactivo líquido se aplica a un soporte para producir el espesor deseado usando métodos adecuados, por ejemplo, usando una cuchilla y después polimerizarse completamente. Después de la inclusión mediante polimerización o incrustación en la matriz de gel, la enzima se instala en un microambiente protegido. Si la matriz de gel polimérica se retícula suficientemente, las moléculas de la enzima se presentan en una forma inmovilizada. Las sustancias de peso molecular bajo, glucosa u otros analitos o bien otras coenzimas, pueden, sin embargo, difundirse a través de la red de polímeros. La enzima puede ya sea incluirse junto con sus coenzimas mediante la polimerización en la matriz o, después de la polimerización, la matriz puede producirse en contacto con una solución de la coenzima, de manera que se forme el complejo de la enzima-coenzima apropiado. La concentración de la enzima en la matriz de gel se elige preferiblemente por ser bastante alta para una reacción estequiométrica con el analito que va a determinarse, y una probable determinación directa de la coenzima que se cambia. La reacción consiste solamente de una reacción catalítica sencilla, por ejemplo, una reacción redox que tiene lugar aproximadamente en milisegundos o microsegundos . La coenzima que se cambia por la reacción, se protege óptimamente a partir de la influencia de interferencia por medio del enlace del centro activo de la enzima y, cuando es apropiado, adicionalmente por incrustación en la matriz de gel. La invención se explica adicionalmente mediante las siguientes figuras y ejemplos.
Figuras La figura 1 muestra una primera modalidad del sistema de detección de la invención. Una capa del reactivo (2) , por ejemplo, una matriz de gel con un complejo de enzima-coenzima, se aplica a un soporte (1) ópticamente transparente. El complejo de la enzima-coenzima tiene una forma tal que la regeneración de la coenzima no tiene lugar durante la determinación del analito. Una muestra (3) , por ejemplo, sangre, se coloca en la capa del reactivo. Una determinación de la reacción enzimática entre el analito contenido en la muestra (3) , y el complejo de enzima-coenzima contenido en la capa (2) del reactivo tiene lugar mediante métodos ópticos. Una luz de una fuente luminosa (4) , por ejemplo, u láser o un LED, se emite un haz de luz en la parte de atrás (a través del soporte) sobre la capa (2) del reactivo. La absorción de luz o luz fluorescente emitida atrás de la muestra se detecta en un detector (5) . Cuando sea apropiado - en particular para detectar la luz fluorescente -un elemento de filtro óptico (6) se coloca enfrente del detector para bloquear la fuga de la luz que excita la fluorescencia . La figura 2 muestra la producción de un sistema de detección de la invención. Un reactivo (12) líquido se aplica por ejemplo en una primera posición (13), para un soporte (11) ópticamente transparente, por ejemplo, una hoja de plástico. El reactivo (12) líquido se irradia en una posición secundaria desde abajo a través del soporte (11) con luz de una fuente luminosa (14) . Al mismo tiempo, el soporte se mueve en la dirección (15) identificada por la flecha. Una capa (16) del reactivo polimerizado se forma directamente en el soporte (11) . El reactivo líquido en exceso se presenta en la parte superior de la capa (16) del polímero. El espesor de la capa del reactivo polimerizado (16) puede controlarse a través de la composición del reactivo, la duración e intensidad de emisión de luz a través de las propiedades del soporte (11) . La figura 3 muestra una modalidad de un sensor basado en la fluorescencia inferior. Una capa del reactivo polimerizado, por ejemplo, una producida por el proceso continuo en la figura 2, puede cortarse y aplicarse a un soporte (21) mediante el uso de técnicas conocidas. Después de la aplicación de la muestra en el lado superior, que excita la luz (23) , por ejemplo, luz UV, se emite a partir de una fuente de luz inferior. La fluorescencia (24) , por ejemplo, luz azul generada a través de la reacción del analito con el complejo de enzima-coenzima en la capa (22) del reactivo se detecta con un detector. Es posible también para una pluralidad de reactivos (idénticos o diferentes) que van a aplicarse a un soporte. Un ejemplo de tal modalidad en la forma de un disco se muestra en la figura 4. Una pluralidad de manchas o señales (32) del reactivo se colocan en el soporte (31) ópticamente transparente . Las figuras 5A y 5B muestran la fluorescencia de un sistema de detección de la invención (glucosa deshidrogenasa y NAD+) con un incremento en la concentración de glucosa bajo una cámara de CCD. Ej emplos Ejemplo 1: Detección estequiométrica de glucosa en el sistema de la glucosa deshidrogenasa (GlucDH) /NAD+ en una cuba . 100 mg/ml de GlucDH se disuelven en una solución amortiguadora de pH 7 y se mezcla con una cantidad apropiada de NAD+ . Además de las cantidades incrementadas de glucosa, un incremento en la fluorescencia puede detectarse visualmente bajo una lámpara de rayos UV (excitación de la longitud de onda 366 nm) (figuras 5A y 5B) . La solución con el sistema de la enzima no emite fluorescencia sin la glucosa. Ni la glucosa ni el NAD+ producen alguna fluorescencia. Ejemplo 2: Detección de la glucosa en el sistema GlucDH/NAD+ en una película del polímero. Una suspensión de la siguiente sustancia se mezcló en un tubo de ensayo plástico.
Fórmula 1
0.5 mi de esta suspensión se mezclaron con 0.5 mi de una solución de GlucDH (100 mg/ml), y la mezcla se homogeneizó libre de burbujas de aire en un baño ultrasónico. La solución clara se vertió sobre una hoja de policarbonato de 125 mm de espesor tratada con corona y se iluminó con un aparato de iluminación convencional (2 dispositivos de iluminación UV Isel) durante 20 minutos. La hoja se lavó brevemente con agua y después se secó al aire. El espesor de la capa resultante fue < 2 µt?. Una solución de glucosa/NAD+ preparada recientemente (solución GKL-3, 300 mg/dl de glucosa, 1 ml/6.4 mg de NAD+) se manchó en la película. Una fluorescencia fuerte fue visible inmediatamente bajo la lámpara UV. Ejemplo 3: Adición de un absorbedor de UV para influir en el espesor de la capa.
Una capa del polímero que comprende un tinte azul (absorción máxima « 650 nm) para una mejor identificación se produjo (fórmula 2) . En un experimento adicional, un tinte amarillo se mezcló como un absorbedor de UV para la fórmula inicial (fórmula 3) . Fórmula 2
La mezcla se homogeneizó agitando y mediante un tratamiento de baño ultrasónico, se distribuyó con una pipeta en una hoja de 140 µp? de Pokalon (etapa 4, tratado con corona) y se iluminó en un dispositivo de iluminación UV (Actina U4, W. Lemmen GMBH) durante 1 minuto. El espesor de la capa resultante se midió con un calibre de tornillo de 240.5 µ??.
Fórmula 3
La mezcla se distribuyó en una hoja y después se polimerizó como se describe anteriormente. El espesor de la capa resultante se midió con un calibre de tornillo y fue de
79.3 µt? . Este experimento demuestra que es posible influir en el espesor de la capa. Con las condiciones de la reacción que no son otra cosa que la misma, el espesor de la capa sin absorbedor de UV fue de 240.5 µp? (ver arriba); solo 79.3 µp? con un absorbedor UV (Amarillo mordaz 7) . Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (21)
- REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones 1. Un método para detectar un analito en una muestra mediante una reacción enzimática, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) poner en contacto la muestra con un reactivo de detección que comprende un complejo de enzima-coenzima, bajo condiciones en las cuales la regeneración de la coenzima no se presenta cuando una deshidrogenasa se usa como una enzima, y (b) detectar una reacción del analito a través de un cambio en el complejo de la coenzima-enzima.
- 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la deshidrogenasa se selecciona a partir de una glucosa deshidrogenasa (E.C.1.1.1.47) , lactato deshidrogenasa (E.C.1.1.1.27, 1.1.1.28), malato deshidrogenasa (E. C.1.1.1.37) , glicerol deshidrogenasa (E.C.1.1.1.6), alcohol deshidrogenasa (E.C.1.1.1.1) o aminoácido deshidrogenasa, por ejemplo, L-amino-ácido deshidrogenasa (E . C .1.4.1.5) .
- 3. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se usa una coenzima seleccionada de flavina, nicotina y derivados de quinona.
- 4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la coenzima se selección de FAD, FADH2, FMN, FM H2, coenzima Q, PQQ, NAD+, NADH/H+, NADP+ y NADPH/H+ .
- 5. El método de conformidad con la reivindicación 1 a 4, caracterizado porque el cambio en la coenzima se detecta mediante métodos ópticos.
- 6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el cambio en la coenzima se detecta mediante la medición de la absorción, fluorescencia, CD, ORD o refractometría .
- 7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el cambio en la coenzima se detecta mediante la medición de la fluorescencia.
- 8. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una matriz de gel con un complejo de enzima-coenzima incrustado en ella, se usa como un reactivo de detección.
- 9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la matriz de gel tiene un espesor de capa de < 50 µp?, en particular de < 5 µ?t? .
- 10. El método de conformidad con la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque se usa una matriz de gel basada en sustancias polimerizables.
- 11. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se determina un analito en un fluido corporal.
- 12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque se lleva a cabo una determinación de glucosa en la sangre.
- 13. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la duración de la reacción del analito es < 5 segundos.
- 14. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la reacción se lleva a cabo en ausencia de mediadores capaces de reaccionar con la coenzima.
- 15. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el complejo de enzima-coenzima se emplea como un reactivo estequiométrico en relación al analito.
- 16. Un sistema reactivo para detectar un analito en una muestra caracterizado porque comprende: (a) un reactivo de detección que comprende un complejo de enzima-coenzima en una forma tal que no tiene lugar la regeneración de la coenzima, cuando se usa una deshidrogenasa como enzima, y (b) un soporte para recibir el reactivo de detección.
- 17. El sistema reactivo como se reivindica en la reivindicación 16, caracterizado porque el complejo de enzima-coenzima se incrusta en una matriz de gel .
- 18. El sistema reactivo de conformidad con la reivindicación 16 o 17, caracterizado porque el soporte comprende una estructura esencialmente plana.
- 19. El sistema reactivo de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque el soporte comprende una estructura esencialmente plana.
- 20. El sistema reactivo de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque el soporte comprende una pluralidad de diferentes reactivos de detección .
- 21. El uso de un sistema reactivo de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a 20 en un método, de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 15.
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