RU2717671C1 - Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode - Google Patents

Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode Download PDF

Info

Publication number
RU2717671C1
RU2717671C1 RU2019112595A RU2019112595A RU2717671C1 RU 2717671 C1 RU2717671 C1 RU 2717671C1 RU 2019112595 A RU2019112595 A RU 2019112595A RU 2019112595 A RU2019112595 A RU 2019112595A RU 2717671 C1 RU2717671 C1 RU 2717671C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
analysis
air
multiplex
immunological
Prior art date
Application number
RU2019112595A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2717671C9 (en
Inventor
Денис Александрович Клейменов
Сергей Анатольевич Долгушин
Павел Владимирович Шалаев
Бахтияр Исраил оглы Вердиев
Евгений Вячеславович Горский
Владимир Алексеевич Гущин
Артем Петрович Ткачук
Александр Леонидович Гинцбург
Original Assignee
Российская Федерация в лице Мнистерства здравоохранения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация в лице Мнистерства здравоохранения filed Critical Российская Федерация в лице Мнистерства здравоохранения
Priority to RU2019112595A priority Critical patent/RU2717671C9/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2717671C1 publication Critical patent/RU2717671C1/en
Publication of RU2717671C9 publication Critical patent/RU2717671C9/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances

Abstract

FIELD: medicine; biology.SUBSTANCE: invention relates to research in environmental protection, medicine and microbiology and can be used for analysing air for presence of biopathogens in it. Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode includes a number of consecutive stages: collecting bioaerosol particles, converting them into a liquid state, sample preparation for analysis by incubating the sample with magnetic microspheres, biotinylated antibodies and fluorescent labels and analysing the sample on a multiplex immunoassay. Immunoassay is performed in an immunoassay reactor, which is a reservoir of chemically resistant material, volume of 1.5 ml in which automatic temperature is maintained at 37 °C. In order to retain magnetic particles during flushing to tank in an automatic mode by means of electromechanical drive annular permanent magnet is supplied. Immunoassay reactor is mounted on the shaft of an orbital shaker, which in automatic mode drives it at a speed of up to 1,500 rpm.EFFECT: method enables to automate the process of immunological examination of air samples, shorten the time of sample analysis, provide continuous monitoring of air composition, as well as increase accuracy of determining biopathogens in air.1 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области исследований в охране окружающей среды, медицине, микробиологии. Данное изобретение может быть применено для анализа воздуха на наличие в нем биопатогенов, для защиты человека или животных от вредного воздействия бактерий, вирусов, генетических векторов и объектов нанотехнологий. The invention relates to the field of research in environmental protection, medicine, microbiology. This invention can be used to analyze air for the presence of biopathogens in it, to protect humans or animals from the harmful effects of bacteria, viruses, genetic vectors and nanotechnology objects.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен способ мультиплексного иммунологического анализа (МИА). Методика мультиплексного иммуноанализа биомаркеров заключается в том, что на первом этапе проводят инкубацию флуоресцентных микросфер, конъюгированных со специфичными аналиту молекулами (антителами или антигенами) с образцом (сыворотка, плазма, супернатант культуры клеток), содержащим искомый аналит, после чего выполняется отмывка не связавшихся с микросферами компонентов. Каждая микросфера содержит внутри себя определенное количество флуоресцентного красителя, тем самым осуществляется их спектральное кодирование, где спектральный код микросферы определяется интенсивностью флуоресценции красителя. The prior art method of multiplex immunological analysis (MIA). The technique of multiplex immunoassay of biomarkers consists in the fact that at the first stage, they incubate fluorescent microspheres conjugated to specific analyte molecules (antibodies or antigens) with a sample (serum, plasma, cell culture supernatant) containing the desired analyte, after which washing of the unreached microspheres of components. Each microsphere contains within itself a certain amount of fluorescent dye, thereby spectral coding is carried out, where the spectral code of the microsphere is determined by the fluorescence intensity of the dye.

Для отмывки могут быть использованы два способа в зависимости от магнитных свойств используемых микросфер. Если используются немагнитные флуоресцентные полимерные микросферы, то отмывку выполняют путем фильтрации с использованием специального вакуумного коллектора и фильтрационных 96-луночных плоскодонных планшетов. При использовании магнитных флуоресцентных полимерных микросфер отмывку можно проводить двумя способами: фильтрационным и путем магнитной сепарации. Магнитная отмывка заключается в использовании специального магнитного штатива, в который устанавливается плоскодонный 96-луночный планшет, и магнитные микросферы концентрируются на дне лунки планшета, а несвязавшиеся компоненты удаляются переворачиванием планшета вместе с магнитным штативом. Кроме того, возможно выполнение отмывки с помощью автоматической промывочной станции (вошера) полностью в автоматическом режиме. Тип используемых микросфер (магнитные или немагнитные) зависит от производителя конкретных наборов реагентов.Two methods can be used for washing, depending on the magnetic properties of the microspheres used. If non-magnetic fluorescent polymer microspheres are used, then washing is performed by filtration using a special vacuum collector and filtrational 96-well flat-bottomed plates. When using magnetic fluorescent polymer microspheres, washing can be carried out in two ways: by filtration and by magnetic separation. Magnetic washing consists in using a special magnetic tripod, in which a flat-bottomed 96-well plate is installed, and magnetic microspheres are concentrated on the bottom of the tablet well, and unbound components are removed by turning the tablet over together with a magnetic tripod. In addition, it is possible to perform washing with the help of an automatic flushing station (wash) completely in automatic mode. The type of microspheres used (magnetic or non-magnetic) depends on the manufacturer of the specific reagent kits.

На следующем этапе микросферы с аналитом инкубируют с детекторными биотинилированными антителами. Несвязавшиеся компоненты снова отмываются, после чего к образовавшемуся «сэндвичу» добавляют флуоресцентный краситель – конъюгат стрептавидина с фикоэритрином (SAPE), который связывается с биотиновой меткой на детекторных антителах. Фикоэритрин в данном случае играет роль флуоресцентной метки, которая считывается с использованием репортерного лазера. В некоторых видах анализа используются детекторные антитела, конъюгированные с фикоэритрином напрямую без образования конъюгата «биотин-стрептавидин».In the next step, analyte microspheres are incubated with biotinylated antibody antibodies. Unbound components are washed off again, after which a fluorescent dye - streptavidin-phycoerythrin conjugate (SAPE), which binds to the biotin label on detector antibodies, is added to the resulting sandwich. In this case, phycoerythrin plays the role of a fluorescent tag, which is read using a reporter laser. In some types of analysis, detection antibodies are used that are conjugated to phycoerythrin directly without the formation of the biotin-streptavidin conjugate.

На завершающем этапе анализа для того, чтобы провести детекцию соответствующих аналитов в образце, проводят считывание сигналов флуоресцентных меток в мультиплексном иммунологическом анализаторе, например, проточном цитофлуориметре или планарном иммунологическом анализаторе. Во время измерения каждая микросфера подвергается облучению светом с двумя разными длинами волн (например, красным и зеленым) от двух источников излучения. Тип используемого источника излучения зависит типа анализатора, например, в проточном цитофлуориметре используются твердотельные лазеры, а в планарном иммунологическом анализаторе – светодиоды. Свет от первого лазера (например, красный) служит для возбуждения флуоресценции от микросфер с целью определения кода микросфер и их классификации, а свет от второго лазера (например, зеленый), служит для возбуждения флуоресценции от флуоресцентной метки с целью определения факта связывания с аналитом. Сигнал, испускаемый флуорофорами, регистрируется детекторами анализатора, в качестве которых в проточном цитофлуориметре могут использоваться фотоэлектронные умножители (ФЭУ) или лавинные фотодиоды, а планарном иммунологическом анализаторе – ПЗС-матрица. At the final stage of the analysis, in order to detect the corresponding analytes in the sample, the signals of the fluorescent labels are read in a multiplex immunological analyzer, for example, a flow cytometer or a planar immunological analyzer. During the measurement, each microsphere is exposed to light with two different wavelengths (for example, red and green) from two radiation sources. The type of radiation source used depends on the type of analyzer, for example, solid-state lasers are used in a flow cytometer and LEDs in a planar immunological analyzer. Light from the first laser (e.g., red) serves to excite fluorescence from the microspheres to determine the microsphere code and their classification, and light from the second laser (e.g., green) serves to excite fluorescence from the fluorescent label in order to determine the fact of binding to the analyte. The signal emitted by the fluorophores is recorded by the analyzer's detectors, which can be used in a flow cytometer as photomultiplier tubes (PMTs) or avalanche photodiodes, and in a planar immunological analyzer, a CCD.

Регистрация флуоресценции от фикоэритрина свидетельствует о наличии в исследуемом образце искомого аналита. При этом интенсивность флуоресценции фикоэритрина пропорциональна концентрации искомого аналита. Результаты считывания сигналов выражаются в относительных единицах MFI (медиана интенсивности флуоресценции). Анализатор регистрирует примерно по 100 микросфер с разным спектральным кодом и переходит к следующей лунке. Считывание всего 96-луночного планшета происходит за время от 20 мин до 1 ч в зависимости от вида анализа. Таким образом, анализируется одновременно спектральный код микросферы и наличие (количество) искомого аналита на микросфере. Схема проведения мультиплексного иммуноанализа на платформе Luminex (Рудик Д.В., Гулидова О.В., Мультиплексный анализ на платформе Luminex, Разработка и регистрация лекарственных средств, 2014, №8, 98-104). Однако, указанный способ не позволяет провести автоматический непрерывный мультиплексный иммунологический анализ воздуха на наличие в нем биопатогенов для защиты человека или животных от вредного воздействия бактерий, вирусов, токсинов, генетических векторов и объектов нанотехнологий.The registration of fluorescence from phycoerythrin indicates the presence of the desired analyte in the test sample. In this case, the fluorescence intensity of phycoerythrin is proportional to the concentration of the desired analyte. Signal readout results are expressed in relative units of MFI (median fluorescence intensity). The analyzer registers approximately 100 microspheres with a different spectral code and proceeds to the next well. The reading of the entire 96-well plate takes from 20 minutes to 1 hour, depending on the type of analysis. Thus, the spectral code of the microsphere and the presence (quantity) of the desired analyte on the microsphere are simultaneously analyzed. The scheme of conducting multiplex immunoassay on the Luminex platform (Rudik D.V., Gulidova O.V., Multiplex analysis on the Luminex platform, Development and registration of medicines, 2014, No. 8, 98-104). However, this method does not allow automatic continuous multiplex immunological analysis of air for the presence of biopathogens in it to protect humans or animals from the harmful effects of bacteria, viruses, toxins, genetic vectors and nanotechnology objects.

Кроме того, из уровня техники известен способ проведения мультиплексного иммунологического анализа воздуха, раскрытый в WO2007001458 23.08.2007, который выбран в качестве прототипа. Известный способ включает обнаружение и количественное определение множества анализируемых веществ в воздухе. Указанный процесс включает: втягивание потока воздуха в коллектор и обеспечение прохождения указанного потока через нелинейный проход внутри указанного коллектора, в то время как аналиты удерживаются в указанном проходе. Прохождение указанного прохода потоком воздуха необходимо для связывания с жидкостью, которая несет мультиплексированные связывающие элементы, состоящие из множества поднаборов элементов связывания, причем каждое подмножество отличается от всех других подмножеств характеристикой, которая различима при анализе, и каждый содержит отличительный связывающий член, который избирательно связывает один аналит из указанного множества аналитов. Осуществляется обнаружение факта связывания аналита с указанным связывающим членом, который отличает указанные подмножества.  Однако известный способ не имеет определенной пробоподготовки к иммунологическому анализу в рамках осуществления исследования воздуха, что снижает достоверность получаемых результатов.In addition, the prior art method for conducting multiplex immunological analysis of air, disclosed in WO2007001458 08/23/2007, which is selected as a prototype. The known method includes the detection and quantification of many analytes in the air. The specified process includes: drawing the air flow into the collector and ensuring the passage of the specified flow through the nonlinear passage inside the specified collector, while the analytes are held in the specified passage. The passage of this passage through an air stream is necessary for binding to a fluid that carries multiplexed binding elements consisting of many subsets of binding elements, each subset being different from all other subsets in a characteristic that is distinguishable in the analysis, and each contains a distinctive binding member that selectively binds one an analyte from the specified set of analytes. The fact of binding of the analyte to the specified binding member that distinguishes the specified subsets is detected. However, the known method does not have a specific sample preparation for immunological analysis in the framework of the study of air, which reduces the reliability of the results.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Заявленный способ мультиплексного иммунологического анализа биологических проб из воздуха в автоматическом режиме, включающий ряд последовательных известных этапов, при которых выполняют сбор частиц биоаэрозоля; переводят их в жидкое состояние; выполняют пробоподготовку образца к анализу; проводят анализ пробы на мультиплексном иммунологическом анализаторе, согласно изобретению, способ включает также следующие этапы: The claimed method of multiplex immunological analysis of biological samples from air in an automatic mode, including a series of successive known steps in which particles are collected bioaerosol; translate them into a liquid state; perform sample preparation of the sample for analysis; analyze the sample on a multiplex immunological analyzer, according to the invention, the method also includes the following steps:

• пробоподготовка иммунологического анализа включает в себя инкубацию пробы с магнитными микросферами, биотинилированными антителами и флуоресцентными метками, а также промывки между инкубациями; • preparation of immunological analysis includes incubation of the sample with magnetic microspheres, biotinylated antibodies and fluorescent labels, as well as washing between incubations;

• при этом иммунологический анализ выполняют в реакторе иммунологического анализа, представляющем собой емкость из химически стойкого материала, объемом 1,5 мл в котором в автоматическом режиме поддерживают температуру 37°C; • in this case, an immunological analysis is performed in an immunological analysis reactor, which is a container of chemically resistant material, with a volume of 1.5 ml, in which the temperature is automatically maintained at 37 ° C;

• при использовании магнитных микросфер к данной емкости, в автоматическом режиме при помощи электромеханического привода, подводят кольцевой постоянный магнит, удерживающий магнитные частицы во время промывок; • when using magnetic microspheres, a ring permanent magnet that holds magnetic particles during washing is fed to this tank in automatic mode using an electromechanical drive;

• при этом реактор иммунологического анализа установлен на валу орбитального шейкера, который в автоматическом режиме приводит его в движение со скоростью до 1500 об/мин; • at the same time, the immunological analysis reactor is installed on the shaft of the orbital shaker, which automatically drives it at a speed of up to 1500 rpm;

• при этом все режимы работы реактора задаются автоматически управляющим компьютером в соответствии с протоколом анализа; • at the same time, all reactor operating modes are set automatically by the control computer in accordance with the analysis protocol;

• реагенты для пробоподготовки иммунологического анализа хранят при 4°С на охлаждаемой платформе, также установленной на валу орбитальной мешалки;• reagents for sample preparation of immunological analysis are stored at 4 ° С on a cooled platform, also installed on the shaft of the orbital mixer;

• перед использованием реагентов, платформу приводят в движение с частотой 800 об/мин для получения однородной суспензии микросфер; • before using reagents, the platform is set in motion with a frequency of 800 rpm to obtain a homogeneous suspension of microspheres;

• после выполнения всех операций пробоподготовки, суспензию из реактора направляют в мультиплексный иммунологический анализатор; • after performing all sample preparation operations, the suspension from the reactor is sent to a multiplex immunological analyzer;

• манипуляции с жидкостями при пробоподготовке мультиплексного иммунологического анализа выполняют шприцевым насосом и многопортовым клапаном в автоматическом режиме.• manipulations with liquids during sample preparation of multiplex immunological analysis are performed using a syringe pump and a multi-port valve in automatic mode.

Указанные действия осуществляются посредством автоматического анализатора биопатогенов в воздухе, который представляет собой комплекс оборудования, размещенный в едином металлическом корпусе рамной конструкции. Компоновка прибора выполнена в виде двух отсеков. В верхнем отсеке находятся все узлы и подсистемы, непосредственно контактирующие с биологическими образцами и реагентами – от устройства сбора аэрозоля до ПЦР и иммунологического анализатора. В этом отсеке поддерживается контролируемый температурно-влажностный режим. В нижнем отсеке расположено все вспомогательное оборудование и управляющая электроника: источники и распределители питания, резервные аккумуляторные батареи, холодильная установка, управляющий компьютер и блоки автоматики. Холодильная установка обеспечивает охлаждение оборотной воды до температуры +4 °C; эта вода, в частности, используется для охлаждения реагентов, чтобы обеспечить автономность прибора на протяжении до 7 дней. Система пробоподготовки автоматического анализатора биопатогенов в воздухе построена по закрытой схеме. The indicated actions are carried out by means of an automatic analyzer of biopathogens in the air, which is a complex of equipment located in a single metal frame structure. The layout of the device is made in the form of two compartments. In the upper compartment are all the nodes and subsystems that are in direct contact with biological samples and reagents - from an aerosol collection device to PCR and an immunological analyzer. In this compartment, a controlled temperature and humidity regime is maintained. In the lower compartment there is all the auxiliary equipment and control electronics: power sources and distributors, backup batteries, a refrigeration unit, a control computer and automation units. The refrigeration unit provides cooling of the circulating water to a temperature of +4 ° C; this water, in particular, is used to cool reagents in order to ensure the autonomy of the device for up to 7 days. The sample preparation system of an automatic analyzer of biopathogens in the air is built according to a closed scheme.

При этом пробоподготовка иммунологического анализа включает в себя инкубации пробы с магнитными либо немагнитными микросферами, биотинилированными антителами и флуоресцентными метками, такими как коньюгаты стрептавидин-фикоэритрин (SAPE), а также промывки между инкубациями. При этом операции выполняются в реакторе иммунологического анализа, представляющем собой ёмкость из химически стойкого материала, например, полипропилена, объемом 1,5 мл в котором, в автоматическом режиме поддерживается необходимая температура + 37°C. При использовании магнитных микросфер к данной емкости, в автоматическом режиме при помощи электромеханического привода, подводят кольцевой постоянный магнит, удерживающий магнитные частицы во время промывок. Реактор иммунологичекого анализа установлен на валу орбитального шейкера, способного приводить его в движение в автоматическом режиме на скоростях до 1500 об/мин. Все режимы работы реактора задаются автоматически управляющим компьютером в соответствии с протоколом анализа. Реагенты для пробоподготовки иммунологического анализа (микросферы, антитела, SAPE) хранятся при +4°С на охлаждаемой платформе, также установленной на валу орбитальной мешалки. Перед использованием реагентов, платформа приводится в движение с частотой 800 об/мин для получения однородной суспензии микросфер. После выполнения всех операций пробоподготовки, суспензия из реактора направляется в мультиплексный иммунологический анализатор. Все манипуляции с жидкостями при пробоподготовке МИА выполняются шприцевым насосом и многопортовым клапаном в автоматическом режиме. In this case, the preparation of immunological analysis includes incubation of the sample with magnetic or non-magnetic microspheres, biotinylated antibodies and fluorescent labels, such as streptavidin-phycoerythrin conjugates (SAPE), as well as washing between incubations. In this case, the operations are performed in the immunological analysis reactor, which is a container of chemically resistant material, for example, polypropylene, with a volume of 1.5 ml in which, the required temperature is automatically maintained at + 37 ° C. When using magnetic microspheres, a ring permanent magnet that holds magnetic particles during washing is fed to a given container in automatic mode using an electromechanical drive. The immunological analysis reactor is mounted on the shaft of an orbital shaker, capable of driving it in automatic mode at speeds of up to 1500 rpm. All reactor operating modes are set automatically by the control computer in accordance with the analysis protocol. Reagents for sample preparation for immunological analysis (microspheres, antibodies, SAPE) are stored at + 4 ° C on a refrigerated platform, also installed on the shaft of the orbital mixer. Before using reagents, the platform is set in motion at a frequency of 800 rpm to obtain a uniform suspension of microspheres. After performing all sample preparation operations, the suspension from the reactor is sent to a multiplex immunological analyzer. All manipulations with liquids during sample preparation of MIA are performed by a syringe pump and a multi-port valve in automatic mode.

Задачей настоящего изобретения является осуществление возможности проведения анализа пробы воздуха в автоматическом режиме в реальном времени, что позволит сократить время исследования образца за счет полной автоматизации процесса, обеспечить непрерывный мониторинг состава воздуха, а также повысить точность определения биопатогенов в воздухе. The objective of the present invention is the implementation of the possibility of analyzing an air sample in automatic mode in real time, which will reduce the time of study of the sample due to the complete automation of the process, provide continuous monitoring of the composition of the air, and also improve the accuracy of determination of biopathogens in the air.

Техническим результатом изобретения является автоматизация процесса иммунологического исследования пробы воздуха, сокращение времени исследования образца, обеспечение непрерывного мониторинга состава воздуха, а также повышение точности определения биопатогенов в воздухе. The technical result of the invention is the automation of the process of immunological research of an air sample, reducing the time of study of the sample, ensuring continuous monitoring of the composition of the air, as well as improving the accuracy of determining biopathogens in the air.

Раскрытие изобретенияDisclosure of Invention

Указанный технический результат реализуется за счет следующих приемов. Процесс анализа воздуха начинается со сбора аэрозольной пробы и ее перевода в жидкую фазу. При этом за сбор окружающего воздуха может отвечать импактор – прибор, создающий поток всасываемого воздуха до 4 м3 в минуту и способный концентрировать аэрозольные частицы в диапазоне от 0.3 до 10 мкм приблизительно в 10 раз. Обогащенный такими частицами воздух подается в коллектор аэрозоля, построенный по принципу водяного циклона. Сбор пробы происходит в течение 4-5 минут, после чего, необходимый объем (около 5 мл) жидкости передается на следующие стадии обработки. Следующим этапом является иммунологический анализ пробы, который может быть осуществлен на основе микрофлюидных компонентов, включающих: трубки для подачи жидкости, шприцевые насосы, клапаны, вортексные шейкеры, в ходе которого полностью воспроизводится ручная методика пробоподготовки в автоматическом режиме. При этом компоненты-участники пробоподготовки образца к МИА в соответствии с протоколом добавляются по микротрубочкам в пробирку-реактор, расположенный на шейкере, оборудованном магнитом и подогревом до +37°C. При этом пробоподготовка включает в себя ряд последовательных действий, выполняемых автоматически: The specified technical result is realized due to the following techniques. The air analysis process begins with the collection of the aerosol sample and its transfer to the liquid phase. At the same time, an impactor may be responsible for collecting ambient air - a device that creates a flow of intake air up to 4 m 3 per minute and is able to concentrate aerosol particles in the range from 0.3 to 10 μm by about 10 times. The air enriched with such particles is supplied to the aerosol collector, constructed on the principle of a water cyclone. Sample collection takes place within 4-5 minutes, after which, the required volume (about 5 ml) of the liquid is transferred to the next processing stages. The next step is the immunological analysis of the sample, which can be carried out on the basis of microfluidic components, including: tubes for supplying fluid, syringe pumps, valves, vortex shakers, during which the manual manual sample preparation technique is fully reproduced in automatic mode. In this case, the components participating in the sample preparation of the sample for MIA in accordance with the protocol are added via microtubules to the test tube reactor located on a shaker equipped with a magnet and heated to + 37 ° C. In this case, sample preparation includes a number of sequential actions that are performed automatically:

1. Первичное антитело конъюгируют с микросферами (А), для чего емкость с микросферами в концентрации 50000 шт./мл взбалтывают с первичным антителом на шейкере 60 секунд. Затем автоматически переносят по флюидной системе 50 мкл раствора А в полипропиленовый реактор. Туда же по флюидной системе доставляют 50 мкл раствора образца (В). В результате в лунке 50 мкл A + 50 мкл B. 1. The primary antibody is conjugated with microspheres (A), for which a container with microspheres at a concentration of 50,000 pcs / ml is shaken with a primary antibody on a shaker for 60 seconds. Then, 50 μl of solution A is automatically transferred through the fluid system to a polypropylene reactor. 50 μl of sample solution (B) are delivered there via the fluid system. As a result, 50 μl A + 50 μl B in the well .

2. Затем выполняют первую инкубацию полученной пробы АВ на шейкере в течении 30 минут, при температуре 37°С и 800 об/мин. В результате в лунке 100 мкл AB + B. 2. Then, the first incubation of the obtained AB sample is performed on a shaker for 30 minutes at a temperature of 37 ° C and 800 rpm. As a result , 100 μl AB + B in the well .

3. Затем выполняют первую промывку: поднимают магнит на 60 сек. Забирают по флюидной системе пробу из реактора АВ. Опускают магнит. Добавляют в реактор 200 мкл промывочного фосфатно-солевого буфера (PBS-TBN). Выполняют взбалтывание промывочного буфера на шейкере в течении 10 сек. Затем опять поднимают магнит на 60 сек. Забирают по флюидной системе жидкость из реактора. Опускают магнит. Добавляют в реактор 200 мкл промывочного буфера PBS-TBN. Осуществляют его взбалтывание на шейкере в течении 10 сек. Поднимают магнит на 60 сек. Забирают по флюидной системе жидкость из реактора. Опускают магнит. Переносят по флюидной системе в лунку 50 мкл промывочного буфера PBS-TBN. Осуществляют его взбалтывание на шейкере в течении 10 сек. В результате данного этапа в лунке 50 мкл AB. 3. Then perform the first flushing: raise the magnet for 60 seconds. A fluid sample is taken from the AB reactor. Lower the magnet. 200 μl phosphate-saline wash buffer (PBS-TBN) is added to the reactor. Shake the wash buffer on a shaker for 10 seconds. Then they again raise the magnet for 60 seconds. Liquid is taken from the reactor through the fluid system. Lower the magnet. 200 μl of PBS-TBN wash buffer is added to the reactor. Shake it on a shaker for 10 seconds. Lift the magnet for 60 seconds. Liquid is taken from the reactor through the fluid system. Lower the magnet. Transfer 50 μl of PBS-TBN Wash Buffer through the fluid system to the well. Shake it on a shaker for 10 seconds. As a result of this step , 50 μl AB in the well.

Затем добавляют конъюгированные с биотином детектирующие антитела, (С), для чего выполняют их взбалтывание в емкости при температуре +4 °С на шейкере в течение 20 секунд. После чего переносят по флюидной системе 50 мкл (С) в PBS-TBN в концентрации 8 мкг/мл каждое в реактор. В итоге в лунке 50 мкл AB + 50 мкл С. Then detecting antibodies conjugated with biotin are added (C), for which they are shaken in a container at a temperature of +4 ° C on a shaker for 20 seconds. Then, 50 μl (C) is transferred via the fluid system to PBS-TBN at a concentration of 8 μg / ml each into the reactor. As a result, in a well, 50 μl AB + 50 μl C.

4. Выполняют вторую инкубацию на шейкере в течении 30 минут при температуре 37° С и 800 об/мин. По итогу этапа в лунке 100 мкл ABС + С. 4. Perform a second incubation on a shaker for 30 minutes at a temperature of 37 ° C and 800 rpm. According to the results of the stage in the well, 100 μl ABC + C.

5. Выполняют вторую промывку, аналогично первой (см. этап 3). По итогу этапа в лунке 50 мкл ABС. 5. Perform a second flush, similar to the first (see step 3). As a result of the step in the well, 50 μl ABC.

После чего емкость с конъюгированным раствором фикоэритрина (PE) со стрептавидином (SA) (D) в PBS-TBN в концентрации 8 мкг/мл взбалтывают при температуре +4 ° С на шейкере в течение 20 секунд. После этого по флюидной системе переносят 50 мкл раствора D в реактор. К концу данного этапа в лунке 50 мкл ABС + 50 мкл D. After that, the container with a conjugated solution of phycoerythrin (PE) with streptavidin (SA) (D) in PBS-TBN at a concentration of 8 μg / ml is shaken at a temperature of +4 ° C on a shaker for 20 seconds. After that, 50 μl of solution D is transferred through the fluid system to the reactor. At the end of this step , 50 μl ABC + 50 μl D.

6. Выполняют третью инкубацию на шейкере в течение 30 минут при температуре 37° С и 800 об/мин. В конце данного этапа в лунке 100 мкл ABСD + D. 6. Perform a third incubation on a shaker for 30 minutes at a temperature of 37 ° C and 800 rpm. At the end of this step, 100 μl ABCD + D in the well.

7. Выполняют третью промывку, аналогично первой и второй (см. п. 3) После чего переносят по флюидной системе в реактор 100 мкл промывочного буфера PBS-TBN и взбалтывают его на шейкере в течение 10 сек. В результате в лунке 100 мкл ABСD. 7. Perform the third wash, similarly to the first and second (see step 3). Then, 100 μl of PBS-TBN wash buffer is transferred through the fluid system to the reactor and it is shaken on a shaker for 10 seconds. As a result , 100 μl ABCD in the well.

8. Затем указанные 100 мкл ABCD образца автоматически переносят по флюидной системе в мультиплексный иммунологический анализатор и проводят анализ. 8. Then, the indicated 100 μl ABCD sample is automatically transferred via the fluid system to a multiplex immunological analyzer and analysis is carried out.

Схема иммунокомплексов, образующихся в результате пробоподготовки, представлена на фиг. 1, где А – первичное антитело, конъюгированное с микросферами, В – антиген/мишень/образец, С – детектирующее антитело, конъюгированное с биотином (Bi), D – фикоэритрин, конъюгированный со стрептавидином (SAPE). The scheme of immunocomplexes resulting from sample preparation is shown in FIG. 1, where A is the primary antibody conjugated with microspheres, B is the antigen / target / sample, C is the detecting antibody conjugated with biotin (Bi), D is phycoerythrin conjugated with streptavidin (SAPE).

Указанные действия осуществляют посредством автоматического анализатора биопатогенов в воздухе, который включает импактор, коллектор аэрозоля, ультразвуковой гомогенизатор, первый клапан ротационого типа, блок выделения нуклеиновых кислот (НК), содержащий: резервуар с реагентами для выделения НК, третий ротационный клапан, реактор выделения НК, блок пробоподготовки мультиплексного иммуналогического анализа (МИА), включающий: резервуар с микросферами, антителами и красителями, второй ротационный клапан и реактор МИА; резервуар, содержащий промывочные жидкости такие как: буфер, или спирт 70%, или гипохлорит, или щелочь; иммунологический анализатор; резервуар с реагентами ПЦР; ПЦР анализатор; архив проб; резервуар для охлаждаемой оборотной водой; резервуар жидкости предназначенной для слива.These actions are carried out by means of an automatic analyzer of biopathogens in the air, which includes an impactor, an aerosol collector, an ultrasonic homogenizer, a first rotary valve, a nucleic acid (NK) separation unit, containing: a tank with reagents for NK extraction, a third rotary valve, an NK recovery reactor, a unit for sample preparation of multiplex immunological analysis (MIA), including: a reservoir with microspheres, antibodies and dyes, a second rotary valve and a MIA reactor; a reservoir containing washing liquids such as: buffer, or 70% alcohol, or hypochlorite, or alkali; immunological analyzer; PCR reagent reservoir; PCR analyzer; sample archive; reservoir for cooled circulating water; reservoir of liquid intended for discharge.

Мультиплексный иммуноанализ проводили при помощи xMAP микросфер производства компании Luminex типу «capture - sandwich».. Первичные антитела в количестве 10 мкг/106 микросфер с тремя спектральными кодами: к коду №45 коньюгировался SY-25 (анти-гексон аденовируса), к коду №72 – ST1 (анти-ЛПС S. typhimurium) и к коду №78 – CT8 (анти-бета-субъединица холерного токсина). Сенсибилизацию микросфер выполняли в соответствии с протоколом, приведенным в официальном издании компании Luminex «xMAP Cookbook, 3rd. edition», методом карбодиимидной химии. Микросферы (1 × 106 шт.) активировали 10 мкл 50 мг/мл (в дистиллированной H2O) 1-Этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимид гидрохлорид (EDC) (Sigma, #22980) и 10 мкл 50 мг/мл (в дист. H2O) N-гидроксисульфосукцинимида натриевая соль (s-NHS) (Sigma, #24520) в 80 мкл активирующего буферного раствора (0,1 M NaH2PO4, pH 6,2) (Amresco, #Am-O823) в течение 20 мин при 25°С с вращением 20 об/мин на вортексе. После этого активированные микросферы промывали два раза и ресуспендировали в 500 мкл буферного раствора для связывания (50 мM MES, pH 5,0) (Sigma, #M2933) с добавлением каждого из антител к своему региону. После инкубации в течение 2 ч в темноте при 25°С с вращением при 20 об/мин и трех этапов промывки, блокирующим буферным раствором микросферы ресуспендировали в 1 мл буферного раствора для хранения и использовали для анализа не менее чем через 16 ч. В качестве буфера для блокировки и хранения (microsphere blocking/storage buffer) использовались PBS-TBN (PBS, 0.1% BSA, 0.02% Tween-20, 0.05% NaN3) для CT8, PBS-BN (PBS, 1% BSA, 0.05% NaN3) для SY-25 и PierceTM Protein-Free (PBS) Blocking Buffer (Pierce, #37584) для ST1.Multiplex immunoassay was carried out using xMAP microspheres manufactured by Luminex company of the capture-sandwich type. Primary antibodies in the amount of 10 μg / 10 6 microspheres with three spectral codes: SY-25 (anti-adenovirus anti-hexone) was conjugated to the code No. 72 - ST1 (anti-LPS of S. typhimurium) and code No. 78 - CT8 (anti-beta subunit of cholera toxin). Microspheres were sensitized in accordance with the protocol given in the official Luminex publication xMAP Cookbook, 3rd. edition ”, by carbodiimide chemistry. Microspheres (1 × 10 6 pcs.) Activated 10 μl 50 mg / ml (in distilled H2O) 1-Ethyl-3- [3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDC) (Sigma, # 22980) and 10 μl 50 mg / ml (in dist. H2O) N-hydroxysulfosuccinimide sodium salt (s-NHS) (Sigma, # 24520) in 80 μl of activating buffer solution (0.1 M NaH2PO4, pH 6.2) (Amresco, # Am-O823) for 20 min at 25 ° C with a rotation of 20 rpm on a vortex. After that, the activated microspheres were washed twice and resuspended in 500 μl of binding buffer solution (50 mM MES, pH 5.0) (Sigma, # M2933) with the addition of each antibody to its region. After incubation for 2 hours in the dark at 25 ° C with rotation at 20 rpm and three washing steps, the blocking buffer solution of the microspheres was resuspended in 1 ml of storage buffer solution and used for analysis after at least 16 hours. As a buffer for blocking and storage (microsphere blocking / storage buffer), PBS-TBN (PBS, 0.1% BSA, 0.02% Tween-20, 0.05% NaN3) for CT8, PBS-BN (PBS, 1% BSA, 0.05% NaN3) for SY-25 and PierceTM Protein-Free (PBS) Blocking Buffer (Pierce, # 37584) for ST1.

Для приготовления PBS-TBN и PBS-BN использовали реактивы: BSA (Sigma, #B-4287); Tween 20 (Amresco, #Am-O777), NaN3 (Amresco, #Am-O639). Подсчет микросфер, оставшихся после процедуры сенсибилизации, осуществляли с помощью автоматического счетчика клеток TC-20 [Bio-RAD, США].The following reagents were used to prepare PBS-TBN and PBS-BN: BSA (Sigma, # B-4287); Tween 20 (Amresco, # Am-O777), NaN3 (Amresco, # Am-O639). The microspheres remaining after the sensitization procedure were counted using an automatic TC-20 cell counter [Bio-RAD, USA].

Таким образом, за счет того, что способ мультиплексного иммунологического анализа воздуха выполняется в автоматическом режиме и в следующей последовательности: сбор аэрозольных частиц, перевод их в жидкое состояние, последующий анализ отобранной пробы с помощью мультиплексного иммунологического анализа в автоматическом режиме, со следующими последовательными этапами пробоподготовки: взбалтывание и соединение пробы с микросферами; первая инкубация пробы, первая промывка, взбалтывание и соединение пробы с антителами, вторая инкубация пробы, вторая промывка, взбалтывание и соединение пробы с SAPE, третья инкубация, третья промывка, получение пробы для анализа, который выполняется в мультиплексном иммунологическом анализаторе, что позволяет провести автоматический анализ пробы воздуха, при этом сократить время исследования образца, обеспечить непрерывный мониторинг состава воздуха, а также повысить точность определения биопатогенов воздухе. Thus, due to the fact that the method of multiplex immunological analysis of air is performed in automatic mode and in the following sequence: collecting aerosol particles, transferring them to a liquid state, subsequent analysis of the selected sample using multiplex immunological analysis in automatic mode, with the following successive stages of sample preparation : agitation and connection of the sample with microspheres; the first incubation of the sample, the first washing, shaking and combining the sample with antibodies, the second incubation of the sample, the second washing, shaking and combining the sample with SAPE, the third incubation, the third washing, obtaining a sample for analysis, which is performed in a multiplex immunological analyzer, which allows automatic analysis of the air sample, while reducing the time of the study of the sample, to ensure continuous monitoring of the composition of the air, as well as to increase the accuracy of determining biopathogens in the air.

Заявленный способ может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления на практике следует из того, что для каждого признака, включённого в формулу изобретения на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения и критерию «полнота раскрытия» для изобретения.The claimed method can be implemented by a specialist in practice and, when implemented, ensures the implementation of the claimed purpose. The possibility of implementation in practice follows from the fact that for each feature included in the claims on the basis of the description, the material equivalent is known, which allows us to conclude that the criterion of "industrial applicability" for the invention and the criterion of "completeness of disclosure" for the invention are met.

Claims (16)

1. Способ мультиплексного иммунологического анализа биологических проб из воздуха в автоматическом режиме, включающий ряд последовательных этапов: 1. The method of multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode, including a series of sequential steps: выполняют сбор частиц биоаэрозоля; collect bioaerosol particles; переводят их в жидкое состояние; translate them into a liquid state; выполняют пробоподготовку образца к анализу; perform sample preparation of the sample for analysis; проводят анализ пробы на мультиплексном иммунологическом анализаторе, analyze the sample on a multiplex immunological analyzer, отличающийся тем, что characterized in that пробоподготовка иммунологического анализа включает в себя инкубацию пробы с магнитными микросферами, биотинилированными антителами и флуоресцентными метками, а также промывки между инкубациями; Sample preparation for immunological analysis includes incubation of the sample with magnetic microspheres, biotinylated antibodies and fluorescent labels, as well as washing between incubations; при этом иммунологический анализ выполняют в реакторе иммунологического анализа, представляющем собой емкость из химически стойкого материала, объемом 1,5 мл, в котором в автоматическом режиме поддерживают температуру 37°C; wherein immunological analysis is performed in an immunological analysis reactor, which is a container of chemically resistant material, a volume of 1.5 ml, in which the temperature is automatically maintained at 37 ° C; при использовании магнитных микросфер к данной емкости, в автоматическом режиме при помощи электромеханического привода, подводят кольцевой постоянный магнит, удерживающий магнитные частицы во время промывок; when using magnetic microspheres, a ring permanent magnet that holds magnetic particles during washing is fed to a given container in automatic mode using an electromechanical drive; при этом реактор иммунологического анализа установлен на валу орбитального шейкера, который в автоматическом режиме приводит его в движение со скоростью до 1500 об/мин; wherein the immunological analysis reactor is mounted on the shaft of the orbital shaker, which automatically drives it at a speed of up to 1500 rpm; при этом все режимы работы реактора задаются автоматически управляющим компьютером в соответствии с протоколом анализа; in this case, all reactor operating modes are set automatically by the control computer in accordance with the analysis protocol; реагенты для пробоподготовки иммунологического анализа хранят при 4°С на охлаждаемой платформе, также установленной на валу орбитальной мешалки;reagents for sample preparation of immunological analysis are stored at 4 ° C on a cooled platform, also installed on the shaft of the orbital mixer; перед использованием реагентов платформу приводят в движение с частотой 800 об/мин для получения однородной суспензии микросфер; before using reagents, the platform is set in motion at a frequency of 800 rpm to obtain a uniform suspension of microspheres; после выполнения всех операций пробоподготовки суспензию из реактора направляют в мультиплексный иммунологический анализатор; after all sample preparation operations have been completed, the suspension from the reactor is sent to a multiplex immunological analyzer; манипуляции с жидкостями при пробоподготовке мультиплексного иммунологического анализа выполняют шприцевым насосом и многопортовым клапаном в автоматическом режиме.manipulations with liquids during sample preparation of multiplex immunological analysis are performed with a syringe pump and a multi-port valve in automatic mode. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве флуоресцентных меток используют коньюгаты стрептовидин-фикоэритрин.2. The method according to claim 1, characterized in that conjugates of streptovidin-phycoerythrin are used as fluorescent labels.
RU2019112595A 2019-04-24 2019-04-24 Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode RU2717671C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112595A RU2717671C9 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112595A RU2717671C9 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2717671C1 true RU2717671C1 (en) 2020-03-25
RU2717671C9 RU2717671C9 (en) 2020-12-08

Family

ID=69943147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019112595A RU2717671C9 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2717671C9 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2102758C1 (en) * 1989-11-17 1998-01-20 Лаборатуар Мерк-Клевено Devices, method and reagent for performing automated immune analysis in several sequential stages of at least one biological substance from a set of biological samples
WO2007001458A2 (en) * 2004-11-30 2007-01-04 Tetracore, Inc. Multiplexed analyses of contaminant-laden gas in a particle impact collector
US20180128828A1 (en) * 2016-11-04 2018-05-10 James W. Stave Direct detection of microorganisms in patient samples by immunoassay

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2102758C1 (en) * 1989-11-17 1998-01-20 Лаборатуар Мерк-Клевено Devices, method and reagent for performing automated immune analysis in several sequential stages of at least one biological substance from a set of biological samples
WO2007001458A2 (en) * 2004-11-30 2007-01-04 Tetracore, Inc. Multiplexed analyses of contaminant-laden gas in a particle impact collector
US20180128828A1 (en) * 2016-11-04 2018-05-10 James W. Stave Direct detection of microorganisms in patient samples by immunoassay

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LUMINEX xMAP Antibody Coupling Kit User Manual. April 2011 [он-лайн], [найдено 05.11.2019]. URL: https://www.ld.ru/w/multiplex/manual%20abc.pdf. LUMINEX xMAP Cookbook, 3rd Edition. 15 January 2016 [он-лайн], [найдено 05.11.2019]. URL: http://www.komabiotech.co.kr/www/techniques/pdf/Luminex_cookbook_3rd.pdf. *
МАЗУНИНА Е.П., КЛЕЙМЕНОВ Д.А. и др. Протокол разработки скрининговой тест-системы для оценки иммунологической памяти к вакциноуправляемым инфекциям: одновременное определение титра антител к кори, паротиту, краснухе и гепатиту B. Вестник РГМУ, N5, 2017, с.45-57. *
МАЗУНИНА Е.П., КЛЕЙМЕНОВ Д.А. и др. Протокол разработки скрининговой тест-системы для оценки иммунологической памяти к вакциноуправляемым инфекциям: одновременное определение титра антител к кори, паротиту, краснухе и гепатиту B. Вестник РГМУ, N5, 2017, с.45-57. LUMINEX xMAP Antibody Coupling Kit User Manual. April 2011 [он-лайн], [найдено 05.11.2019]. URL: https://www.ld.ru/w/multiplex/manual%20abc.pdf. LUMINEX xMAP Cookbook, 3rd Edition. 15 January 2016 [он-лайн], [найдено 05.11.2019]. URL: http://www.komabiotech.co.kr/www/techniques/pdf/Luminex_cookbook_3rd.pdf. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2717671C9 (en) 2020-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6553020B2 (en) Automated immunoassay system for performing diagnostic analysis on allergies and autoimmune diseases
US7214346B2 (en) Optoelectronic detection system
CN103235147B (en) The liquid distributor of analytical equipment
JP5507092B2 (en) Method and apparatus for imaging a target component in a biological sample using a permanent magnet
EP2240778B1 (en) Isolation and identification of cells from a complex sample matrix
EP2240775B1 (en) Immunomagnetic capture and imaging of biological targets
CN102016540A (en) Assay apparatuses, methods and reagents
CN109521202A (en) A kind of low abundance proteins absolute quantification method based on digital immuno analytical method
US6933109B2 (en) Rapid particle detection
JP2022525133A (en) Clinic point concentration analyzer
US20220291128A1 (en) Continuous Flow Air Sampling and Rapid Pathogen Detection System
CA2932045C (en) A method for quantifying an analyte, and an automatic analytical device configured to implement said method
RU2717671C1 (en) Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode
US10782288B2 (en) Multi-unit for conducting biochemical test and immunological test and testing method thereof
CN105115949A (en) Assay apparatuses, methods and reagents
RU2694114C1 (en) Automatic analyzer of biopathogens in air
Ruberti et al. Continuous Flow Air Sampling and Rapid Pathogen Detection System
KR102576448B1 (en) Automatic inspection system
EP3014266A1 (en) Animal colony monitoring using fecal samples
RU2709460C1 (en) Method for biopatagens detection in air
JP2009030997A (en) Blood group determining kit for type and screening and blood group determining device using the same
JP2002181823A (en) Detection method for microorganism
JP2023125973A (en) Method and device for preparing measurement samples

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 9-2020 FOR INID CODE(S) (73)

TH4A Reissue of patent specification