طراحی نانو حسگر زیستی رقابتی برای اکراتوکسین بر پایه FRETبا استفاده از کوانتوم دات

محورهای موضوعی : پاتوبیولوژی مقایسه ای

مهدی مظفری، منصور بیات، افشین محسنی‌فر، سیدجمال هاشمی‌هزاوه . ¹ (.)

تاریخ دریافت : 1397/09/29 تاریخ پذیرش : 1397/09/29 تاریخ انتشار : 1397/10/01

کلید واژه: اکراتوکسین, نانو بیوسنسور, انتقال انرژی رزونانسی فلورسانس, کوانتوم دات,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، ایمونواسی رقابتی حساس، با استفاده از پدیده Fluorescence resonance energy transfer(FRET) (انتقال انرژی رزونانسی فلورسانس) از کوانتوم دات کادمیوم/تلوریت (آنتی اکراتوکسین آنتی‌بادی قرار گرفته برروی سطح خارجی کوانتوم دات) به رودامین (Rho123) (اکراتوکسین نشاندار شده با رودامین کونژوگه شده با آلبومین) برای اندازه‌گیری اکراتوکسین ارائه شده است. واکنش بسیار اختصاصی رخ داده بین آنتی اکراتوکسین آنتی‌بادی استقرار یافته برروی سطح خارجی کوانتوم دات و اکراتوکسین نشاندار شده با رودامین کونژوگه شده با آلبومین، منجر به نزدیکی کروموفور رودامین به کوانتوم دات شده که متعاقب تحریک نوری کوانتوم دات باعث رخ داد انتقال انرژی رزونانسی، از کوانتوم دات (به عنوان دهنده) به کروموفور رودامین (به عنوان گیرنده) می‌گردد. در فقدان اکراتوکسین آزاد، واکنش ایمنی رخ داده بین اکراتوکسین نشاندار شده با رودامین و آنتی اکراتوکسین آنتی‌بادی قرار گرفته برروی سطح کوانتوم دات، باعث نشر و وقوع پدیده FRET، بدنبال تحریک نوری کوانتوم دات می‌گردد. در صورت حضور اکراتوکسین آزاد، با اکراتوکسین نشاندار شده با رودامین در نانو حسگر زیستی، بصورت رقابتی جایگزین شده که این امر باعث کاهش نشر رودامین، بعد از وقوع پدیده FRET می‌گردد. کاهش در فلورسانس گیرنده رودامین، ارتباط مستقیمی با غلظت اکراتوکسین آزاد در نمونه دارد. این روش دارای حد تشخیص220 پیکوگرم در میلی‌لیتر، و برای اندازه‌گیری اکراتوکسین نمونه‌های سرمی انسان هم بکار برده شد. وابستگی خطی بین افزایش شدت فلورسانس رودامین در 580 نانومتر، و غلظت اکراتوکسین در نمونه سرمی، در گستره غلظت 100 تا 800 پیکوگرم در میلی‌لیتر یافت شد. شمای تشخیص رقابتی بسیار ساده، حساس، هموژن، سریع و کارا می‌باشد و نیازمند مراحل جداسازی و شستشوی زیاد نیز نمی‌باشد.

چکیده انگلیسی:

In this research, using FRET (fluorescence resonance energy transfer) from Cd/Te quantum dot (anti Ochratoxin A antibody immobilized on the external surface of quantum dot or QDs) to (Ochratoxin A labeled with Rhodamine 123 bound to albumin), a sensitive competitive immunoassay was developed for measuring Ochratoxin A. The highly specific immune-reaction between anti-Ochratoxin A antibody on the QDs and labeled Ochratoxin A brings the Rho fluorophore and the QDs in close spatial proximity, and following photo-excitation of the QDs, causes FRET to occur between the Rho fluorophore (acting as the acceptor) and the QDs (acting as the donor). In the absence of free Ochratoxin A, the immune reaction between labeled Ochratoxin and the anti-Ochratoxin antibody on the QDs induces emission and causes FRET to occur. In the presence of free Ochratoxin A, it competes with the labeled Ochratoxin A-albumin complex for binding to the antibody-QDs conjugate in the Nanobiosensor, leading to reduction in Rhodamine emission after FRET. The reduction in the fluorescence intensity of the Rhodamine acceptor directly correlates with the concentration of free Ochratoxin A in the sample. This method has a detection limit of 220pg per ml. It has also been used to measure Ochratoxin A in human serum samples. A linear relationship is found between the increase in the fluorescence intensity of Rho 123 at580 nm and the concentration of OTA in spiked samples over the 100-800 pg⋅mL−1 concentration range. This highly sensitive homogeneous competitive detection scheme is simple, rapid and efficient. It does not require multiple separation steps and excessive washing.

منابع و مأخذ:

1- Al–Anati, L., Petzinger, E. (2006): Immunotoxic activity of ochratoxin A. J. vet. Phar.Thera. 29 (2):79-90.

2- Bacher, G., Pal, S., Kanungo, L., Bhand, S. (2012): A label-free silver wire based impedimetric immunosensor for detection of AflatoxinM1 in milk. Sensors Actuators B Chem. 128:223.

3- Bazin, I., Nabais, E., Lopez-Ferber, M. (2010): Rapid Visual Tests: Fast and Reliable Detection of ocratoxin A. Toxins (Basel)2(9):2230-2241.

4- Ciruela, F., Vilardaga, J.P., Fernandez-Duenas, V.(2010): Lighting up multi protein complexes: lessons from GPCR oligomerization. Trends biotechnol .28(8): 407-15.

5- El-Khoury, A., Atoui, A. (2010): Ochratoxin A: general Overview and Actual Molecular status. Toxins. 2(4):461-493. 

6- Fernandez-Baldo, M.A., Bertolino, F.A., Messina, G.A., Sanz, M.I, Raba,J. (2010): Modified magnetic nanoparticles in an electrochemical method for the ochratoxin A determination in vitisvinifera red grapes tissues. Talanta.83 (2):651-657.

7- Francesc, A., Esteve,T., Antonio-Abad, F. (2013): Applications of quantum dots as probes in immune sensing of small-sized analytes, Biosens Bioelectron 41: 12–29.

8- Goldman, E., Balighian, E., Mattoussi, H., Kuno, M., Mauro, J., Tran, P.T., Anderson, G. (2002): Avidin: a natural bridge for quantum dot-antibody conjugates.  J Am Chem Soc.; 124(22):6378-82.

9- Hope, J.H., Hope, B.E. (2012): a review of the diagnosis and treatment of Ochratoxin A inhalational exposure associated with human illness and kidney disease including focal segmental glomerulosclerosis. J. Environ public Health.2012.  835059.

10- Huff, W.E., Doerr,J.A. (1981): Synergism between aflatoxin and ochratoxin A in broiler chickens. poult sci.60 (3):550-5.

11- kamkar, A., JahedKhaniki , Gr.,alavi ,As.(2011)occurrence of aflatoxinM1 in raw milk produced in Ardabil of iran.Iran J Environ Health SciEng 8:123-128.

12- Kalarestaghi, A., Bayat, M., Hashemi, S.J, Razavilar.(2015) Highly Sensitive FRET-Based Fluorescence Immunoassay for Detecting of Aflatoxin B1 Using Magnetic/Silica Core-Shell as a Signal Intensifier. Iran J Biotecnol sep:13(3);25-31.

13- Lamberti, I., Tanzarella, C., Solinas, I.,Padula, C., Mosiello, L. (2009): An antibody-based microarray assay for the simultaneous detection of OTA and fumonisin B1. Mycotoxin Res 25:193.

14- Liao, J.Y., Li, H. (2010): Lateral flow immunodipstick for visual detection of OTA in food using immuno-nanoparticles composed of aSilver core and a gold shell. Microchim Acta 171:289.

15- Sapsford, K.E.,Taitt, C.R., Fertig, S., Moore, M.H., Lassman, M.E., Maragos, C.M., Shriver-Lake, L.C. (2006): Indirect competitive immunoassay for detection of Aflatoxin B1 in corn and nut products using the array biosensor. Biosens Bioelectron 21:2298-305.

16- Shanehsaz, M., Mohsenifar, A., Hasannia, S., Pirooznia, N., Samaei, Y., Shamsipur, M.   (2013): Detection of Helicobacter pylori with a Nano biosensor based on fluorescence  resonance energy transfer using CdTe quantum dots. Microchim Acta180:195.

17- Xiulan, S., Xiaolian, Z., Jian, T., Xiaohong, G., Jun, Z., Chu, FS. (2006): Development of an       immune chromatographic assay for detection of OTA in foods. Food Control 17:256.

18- Xiulan, S., Xiaolian, Z., Jian, T., Xiaohong, G., Jun, Z., Chu, FS. (2006): Preparation of gold-        labeled antibody probe and its use inimmune chromatography assay for detection of OTA. Int J Food Microbiol 99:185.

19- Zekavati, R., Safi, S., Hashemi, S., Rahmani, C. T., Tabatabaei, M., Mohsenifar, A., Bayat, M. (2013): Highly sensitive FRET – based fluorescence immunoassay for aflatoxin B1 using cadmium telluride quantum dots. Microchim Acts. 180 (13-14): 1217- 23.