Naukowcy z Georgia Tech Research Institute (GTRI) opracowali nowy interferometryczny biosensor, który umożliwia detekcję cząsteczek wirusa ptasiej grypy zaledwie w kilka minut. Rozwiązanie to umożliwia szybką identyfikację zakażonej populacji ptactwa i jego siedliska, co jest warunkiem koniecznym w kontrolowaniu ewentualnej epidemii ptasiej grypy. Dotychczas przeprowadzenie rutynowego testu diagnostycznego (izolacja RNA wirusa, odwrotna transkrypcja – RT-PCR, ilościowy PCR – Q-PCR) zajmowało kilka dni ! Niewątpliwą zaletą biosensora jest wysoka czułość na różne szczepy wirusa ptasiej grypy jak również aspekt ekonomiczny technologii (redukcja kosztów związana z automatyzacją procesu, nie wymaga stosowania dodatkowych, drogich odczynników).

Grupa badawcza z GTRI pod przewodnictwem Xu J. testowała czułość zaprojektowanego biosensora względem dwóch szczepów wirusa ptasiej grypy H7 (H7N2, H7N3 – odmiany o wysokiej patogeniczności) i jednego H8 (H8N4). Opracowany prototyp urządzenia składa się z kilku podstawowych części, które zawarte są w schemacie ideowym biosensora: biologiczny element sensorowy (tutaj: specyficzne przeciwciała), część przetwornikowa układu (tutaj: światłowód), detektor i rejestrator sygnału (tutaj: matryca CCD i komputer). Technicznie biosensor ten złożony jest z diody lasera (źródło światła), światłowodu (którym biegnie fala świetlna) i celki przepływowej (w obszarze celki znajdują się dwa równoległe kanały: pomiarowy i referencyjny, każdy z nich składa się z warstwy przeciwciał immobilizowanych na powierzchni światłowodu), pompy perystaltycznej (pompuje ona roztwór próbki przez kanały), dwuwiązkowego interferometru Macha-Zehndera (zapewnia interferencje fali świetlnych skojarzonych z oboma kanałami), detektora CCD (generuje obraz interferencyjny), komputera (zapisuje i analizuje dane).

Optyczny biosensor zaprojektowany przez grupę naukowców pod przewodnictwem Xu J. wykorzystuje zjawisko interferencji fal świetlnych (interferometria) do oszacowania jak wiele antygenów hemaglutyninowych pochodzących z otoczki wirusa połączyło się z biologicznym elementem sensorowym urządzenia (przeciwciałami). Wiązka światła emitowana przez diodę lasera biegnie światłowodem zarówno pod warstwą przeciwciał kanału pomiarowego jak i referencyjnego celki przepływowej. Powierzchnię kanału pomiarowego pokryto warstwą antygenowo-specyficznych (hemaglutynina) przeciwciał. Natomiast w kanale referencyjnym immobilizowano niespecyficzne przeciwciała (umożliwiło to wyeliminowanie niespecyficznych interakcji jak również problemów spowodowanych zmianami temperatury, pH i szybkością przepływu analitu). Podczas przepływu analitu zawierającego cząsteczki wirusa przez kanał pomiarowy specyficzne przeciwciała wiążą antygen hemaglutyninowy pochodzący od otoczek wirusa. Skutkuje to zmianą struktury warstwy przeciwciał, co powoduje „wypychanie” cząsteczek wody blisko powierzchni światłowodu, a to z kolei prowadzi do zmiany prędkości biegnącej fali świetlnej i w konsekwencji jej refrakcję (zmianę współczynnika załamania światła). Aby zmierzyć wartość tej refrakcji interferometr tworzy kombinację fal opuszczających oba kanały doprowadzając do powstania charakterystycznego obrazu interferencyjnego (wertykalny układ prążków ciemnych i jasnych na detektorze), którego faza obliczana jest z wykorzystaniem algorytmu transformacji Fouriera. Miarą ilości cząsteczek wirusa w analicie jest zmiana fazy obrazu interferencyjnego. W ten sposób jednoczesny przepływ analitu przez oba kanały celki przepływowej generuje informacje o ilościowej zawartości cząsteczek wirusa w próbce.

Zastosowanie poliklonalnych przeciwciał w interferometrycznym biosensorze przez naukowców z GTRI umożliwiło detekcję cząsteczek wirusa ptasiej grypy przy rozcieńczeniach próbki dochodzących do wartości 10-5 zarówno dla H7N3 jak i H7N2. Podobny próg rozcieńczeń odnotowano przy zastosowaniu monklonalnych przeciwciał (P17E7) przeciw antygenowi szczepu H7N2. Dla porównania dolna granica rozcieńczeń przy użyciu popularnych, komercyjnych testów diagnostycznych wynosi 10-2 – 10-3.




Xu J, Suarez D, Gottfried DS (2007) Detection of avaian influenza virus using an interferometric biosensor. Analytical and Bioanalytical Chemistry 389: 1193-119