Математическое моделирование иммунохроматографического анализа к.х.н. Сотников Д.В. Институт биохимии им. А.Н. Баха, ФИЦ Биотехнологии РАН 2017 Открытая. - презентация

1 Математическое моделирование иммунохроматографического анализа к.х.н. Сотников Д.В. Институт биохимии им. А.Н. Баха, ФИЦ Биотехнологии РАН 2017 Открытая лекция - представление результатов по проекту «Разработка и апробация аналитических систем для мультиплексной внелабораторной серодиагностики приоритетных инфекций крупного рогатого скота»

2 Принцип иммунохроматографического анализа Конкуренция

3 Принцип иммунохроматографического анализа «Сэндвич»

4 Реакция антиген-антитело, моделирование ее кинетики A + R AR kaka kdkd Скорость реакции Решение уравнения Где a = 2[A] 0 [R] 0, b = [A] 0 + [R] 0 + k d /k a

5 Первые модели иммунохроматографии Qian, S., Bau, H.H. (2003) A mathematical model of lateral flow bioreactions applied to sandwich assays, Analytical Biochemistry, 322, Равновесные условия! «Сэндвич» ИХА Qian, S., Bau, H.H. (2004) Analysis of lateral flow biodetectors: competitive format, Analytical Biochemistry, 326, Конкурентный ИХА

6 Кинетика взаимодействия анолита с маркерным конъюгатом A + P AP ka kd Вывод: Нельзя использовать приближение равновесных условий!

7 Вывод: Можно использовать приближение необратимой реакции Диссоциация комплекса AR A + R kd Доля диссоциировавшего комплекса

8 Определение констант взаимодействия антиген-антитело Biacore Принцип метода Взаимодействия моноклональных антител с антигеном 38 к Да M. Tuberculosis K A (M -1 )ka (M -1 сек -1 ) 4.55× ×10 5

9 Определение состава белковых конъюгатов с наночастицами

10 3D модель конъюгата Количество Ig G на одну наночастицу Определение состава белковых конъюгатов с наночастицами Вывод: Концентрация антител в коллоидном конъюгате около 100 нМ Sotnikov D.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. International Journal of Molecular Sciences. 2015, v. 16, No 1, pp

11 Определение количества антиген-связывающих центров в конъюгате Антивидовые Ig G Ig G Коллоидное золото Определение свободных Ig G в ИФА Отбор над осадочной жидкости Центрифуги- рование Sotnikov D.V., Radchenko A.S., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Eurasian Journal of Analytical Chemistry. 2016, v. 11, N 3, pp

12 Зависимость концентрации IgG человека, связавшихся с конъюгатом ЗНЧ-sIgG, от исходно добавленной Вывод : Соотношение концентраций связавшихся hIgG и sIgG в конъюгате равно 0,24. То есть занятыми оказались лишь 12% потенциальных валентностей.

13 Определение специфических антител (серодиагностика) Схема анализа

14 Моделирование кинетики образования окрашенного комплекса в традиционной схеме анализа А – Ig G в пробе; Р– центры связывания Ig G на частицах коллоидного золота; R– иммобилизованный антиген; AP – комплекс Ig G с частицами коллоидного золота; AR – комплекс специфических Ig G с антигеном; APR – комплекс специфических Ig G с частицами коллоидного золота и антигеном; X – доля специфических Ig G APR = k 2 *R 0 *P 0 k 3 *A 0 × (1-exp(-k 3 *A 0 *X*t 1 ) Кинетическое уравнение A + P AP AP + R APR A + R AR P + AR APR Sotnikov, D. V., Zherdev, A. V., & Dzantiev, B. B. (2017). Analytical Chemistry, 89(8),

15 Влияние константы диссоциации на изменение окраски в аналитической зоне

16 Влияние концентрации антител на интенсивность окраски аналитической зоны

17 Теория Эксперимент

18 «Обратная» схема анализа Определение специфических IgG против антигенов микобактерии по «обратной» схеме

19 Моделирование кинетики образования окрашенного комплекса в «обратной» схеме анализа А – Ig G в пробе; Р– антиген на частицах коллоидного золота; R– иммобилизованный Ig G –связывающий белок; AP – комплекс специфических Ig G с антигеном; AR – комплекс Ig G с Ig G –связывающим белком; APR – комплекс специфических Ig G с меченым антигеном и Ig G –связывающим белком; X – доля специфических Ig G A + P AP AP + R APR A + R AR P + AR APR Кинетические уравнения Данные уравнения также описывают кинетику комплексообразования в «сэндвич»-формате ИХА при x=1

20 1 – традиционная схема, 2 – «обратная» схема Время анализа, сек 1 2

21 Сравнение традиционной схемы и «обратной» схемы ИХА для определения специфических антител против рекомбинантного антигена 38 к Да Mycobacterium рекомбинантного антигена 38 к Да Mycobacterium tuberculosis 1 - Традиционная схема ИХА 2 - «Обратная» схема ИХА Выявление больных в серой зоне – 50%; специфичность – 100% Источник сывороток: ЦНИИ туберкулеза РАН

22 Исследования проведены при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на годы», соглашение от , уникальный номер проекта RFMEFI61317X0080

23 Спасибо за внимание!