Тест на беременность

Есть какой-то способ сделать невидимые в моче молекулы ХГЧ видимыми.

Итак, у нас есть прозрачная моча, и в этой жидкости, может, плавают, а может, не плавают Очень Важные Молекулы — ХГЧ, которые появляются в организме женщины при беременности. Нам надо сделать эти невидимые молекулы видимыми. Как же этого добиться?

Задача кажется неразрешимой. И тут на сцену выходят антитела.

Антитела — это белки, вырабатываемые особыми иммунными клетками, плазматическими B-лимфоцитами. Антитела умеют очень-очень избирательно и крепко налипать на участки белков, которые называются антигенами. Организму антитела нужны для того, чтобы эффективнее сражаться с патогенами: антитела налипают на антигены бактериальных белков, облепляют бактерии со всех сторон и таким образом делают бактерии заметнее для пожирающих их иммунных клеток-охотников — макрофагов.

В принципе, антитела можно выработать почти на любую достаточно крупную молекулу и получить затем практически в неограниченных количествах с помощью методики моноклональных антител.

То есть мы можем выработать антитела, например, на ХГЧ. И если ХГЧ есть в растворе, то антитела его сразу заметят и налипнут на его молекулы. Это прорыв.

Есть только одна маленькая проблема. Антитела бесцветны, так же как и ХГЧ. Пускай они налипли на его молекулы, но увидеть мы это всё равно не сможем.

Всё это было бы очень, очень грустно, если бы не биоконъюгация (см. Bioconjugation). Биоконъюгация — это способ сшивания друг с другом двух биомолекул. И если мы пришьем к антителу, которое умеет охотиться за ХГЧ, какую-нибудь цветную метку, то — вуаля! — ХГЧ станет видимым.

Ура, мы разгадали общий принцип теста. Остались только технические подробности.

Как известно, тест на беременность — это такая бумажная полоска, на которой появляются (или не появляются) окрашенные линии. Как это связано с тем, о чем мы только что тут говорили?

Связано просто и изящно. Итак.

Тест-полоска — это хорошо впитывающая полоска бумаги (или другого специального материала). Если такую полоску опустить одним концом (в данном случае — левым) в жидкость, то жидкость будет двигаться по ней, пока не дойдет до другого конца.

Принцип действия тест-полоски для определения беременности (пояснения см. в тексте). HCG (chorionic gonadotropin) Antigen — ХГЧ (антиген); GNPs-Mab II (monoclonal antibody to beta-HCG antigen conjugated gold nanoparticles) — моноклональные антитела к бета-ХГЧ, связанные с частицами коллоидного золота (выполняющими роль цветных меток); Mab I (monoclonal antibody to alfa-HCG antigen) — моноклональные антитела к альфа-ХГЧ; NC (nitrocellulose) membrane — нитроцеллюлозная мембрана (предназначена для иммобилизации белков). Изображение из статьи Juan Su et al, 2014. Quantitative detection of human chorionic gonadotropin antigen via immunogold chromatographic test strips

В начале этой полоски, в месте, скрытом от конечного пользователя, находятся антитела к ХГЧ (показаны сиреневой буквой Y), к которым пришита окрашенная метка (например, частицы золота; показана красным шариком). Моча доходит до этих антител, подхватывает их и влечет вместе с собой. Если в моче есть ХГЧ (показан зелеными шариками), он зацепляется за антитела и плывет с ними в обнимку.

И в конце концов вся эта конструкция доходит до первой линии на тесте, которая тоже содержит антитела к ХГЧ, как следует закрепленные на подложке (показаны оранжевой буквой Y). ХГЧ вместе с прикрепленными к нему антителами с меткой зацепляется за закрепленные на подложке антитела, вся конструкция застревает на этом месте, и метки окрашивают полоску в соответствующий цвет (в данном случае красный).

Однако часть антител с ХГЧ минует эту линию, не зацепившись за нее, и плывет дальше. А дальше расположена линия, на которой закреплены другие антитела (синяя буква Y), неспецифические, которые цепляются вообще за любые другие антитела (и антитела с меткой тоже). В результате эта полоска тоже окрашивается.

Если ХГЧ в моче нет, то окрасится только вторая полоска, а первая останется неокрашенной, потому что антитела не «поймают» метку.

Тест-полоски основаны на методе иммуноферментного анализа (ИФА) — красивой и широко распространенной методике, с помощью которой можно обнаружить в растворе практически любую сложную молекулу. В принципе, тест-полоски можно делать на что угодно — на наличие казеина в молоке (вдруг оно поддельное?) или на уровень онкомаркеров в моче. Однако в настоящее время тест-полоски делают только на самые важные для человека молекулы.

Есть еще несколько вдохновляющих примеров работы ИФА в самых животрепещущих областях. Например, несколько часов назад была опубликована статья, в которой предлагается с помощью нехитрых приспособлений и манипуляций провести домашний анализ на одни из самых опасных для человека инфекций — СПИД и сифилис.