매우 민감한 측면

May 02, 2023

Nature Biomedical Engineering (2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

측면 흐름 분석(LFA)은 빠르고 저렴하지만 실험실 기반 테스트보다 민감도가 거의 1,000배 정도 낮습니다. 여기서 우리는 플라즈몬 활성 항체 결합 형광 금 나노 막대가 기존 LFA를 초민감하게 만들 수 있음을 보여줍니다. 20분 이내의 샘플-응답 시간으로 표준 벤치탑 형광 스캐너를 통해 판독된 플라즈몬적으로 강화된 LFA는 4시간 길이의 금표준 효소 결합 면역흡착 분석에 비해 동적 범위 및 검출 한계가 약 30배 향상되었습니다. 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2) 환자의 혈장 내 항체와 비인두 면봉 표본의 항원에 대해 95%의 임상적 민감도와 100%의 특이성을 달성했습니다. 인간 혈청 샘플에서 인터루킨-6, 비인두 샘플에서 SARS-CoV-2의 뉴클레오캡시드 단백질을 검출한 것처럼 저렴한 휴대용 스캐너를 통해서도 분석 성능이 비슷한 수준으로 향상될 수 있습니다. 플라즈몬적으로 강화된 LFA는 감도, 속도, 동적 범위, 사용 용이성 및 비용 측면에서 표준 실험실 테스트를 능가하며 현장 진단에 이점을 제공할 수 있습니다.

측면 흐름 분석(LFA)은 가장 간단하고 빠르며 저렴한 현장 진단(POC) 진단 방법 중 하나이며 인구 수준의 질병 스크리닝에 대한 광범위한 잠재력을 제공합니다1,2. 중증 급성 호흡기 증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2) 항체3,4,5 및 항원6,7에 대한 수많은 LFA가 도입되었지만 역전사를 이용한 실시간 PCR과 같은 실험실 기반 진단에 필적하는 민감도와 정량은 없습니다. (RT-PCR) 및 효소 결합 면역흡착 분석(ELISA)8,9,10. 일반적으로 기존의 비색 LFA는 이러한 표준 실험실 테스트보다 ~1,000배 덜 민감하며11,12 LFA를 사용한 진단에는 음성 결과를 올바르게 확립하기 위해 추가적인 확증 실험실 기반 테스트가 필요합니다. 비색 LFA는 표적 분석물질의 농도 변화에 따른 색상 변화가 제한되어 있기 때문에 정량적 판독에 부적합한 경우가 많습니다13.

코로나바이러스 질병 2019(COVID-19) 대유행은 정확하고 신속한 임상 진단, 대량 검사 및 역학 연구를 위해 개선된 LFA의 필요성을 강조했습니다14,15. RT-PCR16,17 및 직접 항원 검사18,19는 코로나19 진단의 주류였으며, 혈청학적 분석은 감염 단계 및 백신 효능 결정과 역학 연구3,20,21에 중요합니다. 이러한 진단 분석은 자격을 갖춘 미생물학 실험실에서만 사용할 수 있으며 전문가에 의존하고 노동 집약적이며 시간 집약적입니다. 이러한 제한으로 인해 전염병이 급증하는 동안 필요한 하루 수백만 건의 테스트가 불가능해졌습니다22,23. 따라서 실험실 기반 분석만큼 정확할 뿐만 아니라 빠르고, 사용하기 쉽고, 저렴하고, 쉽게 사용할 수 있고(가정 기반 및 POC 사용) 빠른 인구 집단에 맞게 확장 가능한 진단 및 스크리닝 도구에 대한 중요한 요구가 존재합니다. -레벨 심사.

LFA의 생물학적 분석 성능을 개선하려는 노력에는 형광 분자 또는 양자점을 리포터 요소로 사용하는 것이 포함되었습니다. 형광 리포터는 정량화를 향상시키지만 상대적으로 약한 신호 강도로 인해 감도와 POC 진단 유틸리티가 제한되며 기존 콜로이드 금 나노입자(AuNP)26에 비해 낮은 광 흡수로 인해 기존 LFA가 허용하는 직접적인 시각적 감지가 불가능합니다. 또한 매우 민감한 검출기 또는 강력한 여기 광원을 갖춘 LFA 판독기를 사용해야 합니다. 이러한 고려 사항은 대량 검사 및 자원이 제한된 설정에서 형광 LFA의 유용성을 제한합니다.

우리는 시각적 테스트를 통해 초기 스크리닝을 수행할 수 있고 필요할 때 형광 판독기를 사용하여 동일한 LFA 스트립에서 후속 정량 테스트를 수행할 수 있는 '바이모달' LFA를 구상합니다. 이를 달성하기 위해 우리는 LFA의 이중 비색 및 형광 리포터로 최근 도입한 플라즈몬 플루오르라고 하는 초고휘도 형광 나노규모 구조물을 사용했습니다(그림 1a). 이러한 나노 규모 구조는 플라즈몬 강화 형광을 활용하여 기존 분자 형광단에 비해 거의 7,000배 더 밝은 형광 신호를 달성합니다. 우리는 플라즈몬 형광을 검출 항체와 결합하고 이를 사용하여 인간 인터루킨-6(IL-6)(검출 한계(LOD), 93 fg ml-1), SARS-CoV를 사용하여 분석물의 신속하고 초민감한 비색 및 형광 검출을 가능하게 했습니다. -2 S1(스파이크 단백질의 하위 단위) 항체(LOD, 185 pg ml-1) 및 SARS-CoV-2 항원(뉴클레오캡시드(N)) 단백질(LOD, 212 pg ml-1). 우리는 SARS-CoV-2 S1 항체, IL-6 및 SARS-CoV- 검출을 위해 혈장, 혈청 및 비인두(NP) 면봉 샘플을 테스트하여 플라즈몬-형광 기반 LFA(p-LFA)의 임상적 효능을 검증했습니다. 2개의 항원을 각각 함유하여 높은 임상적 특이성과 민감도를 달성하였습니다. 우리는 또한 다용도 POC 응용을 입증하기 위해 플라즈몬 형광과 호환되는 휴대용 자체 설계 스캐너를 사용하여 p-LFA의 정량적 능력을 보여줍니다. 실질적으로 이 기술은 임상적으로 관련된 병원성 감염 진단을 위한 실험실 기반 테스트의 대안으로 쉽게 배포될 수 있습니다.