zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-701Research ArticleСтатьиВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ИММУНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ПРОСТАТ-СПЕЦИФИЧЕСКОГО АНТИГЕНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРАHIGHLY SENSITIVE IMMUNOFLUORESCENCE ASSAY OF PROSTATE-SPECIFIC ANTIGEN USING SILVER NANOPARTICLESКоктышИ. В.KoktyshI. V.

Минск, 220070

Minsk, 220070

МельниковаЯ. И.MelnikovaYa. I.

Минск, 220070

Minsk, 220070

КулаковичО. С.KulakovichO. S.

220072, Минск

Minsk, 220072

o.kulakovich@ifanbel.bas-net.byРоманенкоА. А.RamanenkaA. A.

220072, Минск

Minsk, 220072

ВащенкоС. В.VaschenkoS. V.

220030, Минск

Minsk, 220030

МуравицкаяА. О.MuravitskayaA. O.

220072, Минск

Minsk, 220072

ГапоненкоС. В.GaponenkoS. V.

220072, Минск

Minsk, 220072

МаскевичС. А.MaskevichS. A.

Минск, 220070

Minsk, 220070

Международный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова Белорусского государственного университетаInternational Sakharov Environmental Institute of Belarusian State UniversityИнститут физики НАН БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный университетBelarusian State University202030102020875796803Copyright © Коктыш И.В., Мельникова Я.И., Кулакович О.С., Романенко А.А., Ващенко С.В., Муравицкая А.О., Гапоненко С.В., Маскевич С.А., 20202020Коктыш И.В., Мельникова Я.И., Кулакович О.С., Романенко А.А., Ващенко С.В., Муравицкая А.О., Гапоненко С.В., Маскевич С.А.Koktysh I.V., Melnikova Y.I., Kulakovich O.S., Ramanenka A.A., Vaschenko S.V., Muravitskaya A.O., Gaponenko S.V., Maskevich S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/701

Рассмотрены возможности применения эффекта плазмонного усиления флуоресценции моноклональных антител, меченных изотиоцианатом флуоресцеина (ФИТЦ), к простат-специфическому антигену (ПСА) для повышения чувствительности иммунофлуоресцентного анализа. Впервые для определения ПСА применена иммунохимическая тест-система двуцентрового связывания с использованием пары неконкурирующих моноклональных антител в сочетании с плазмонными наночастицами серебра и показано его преимущество перед стандартной методикой иммунофлуоресцентного анализа ПСА. Интенсивность регистрируемого флуоресцентного сигнала в присутствии наночастиц серебра повышается в 2.3—3.2 раза по сравнению с сигналом, полученным при иммобилизации тест-системы на интактной поверхности полистирольного планшета; отношение сигнал/шум повышается до двух раз. Помимо эффекта плазмонного усиления флуоресценции показано влияние промежуточного слоя полиэлектролита, увеличивающего сорбционную емкость первичных антител к ПСА, на интенсивность детектируемого флуоресцентного сигнала. Повышение коэффициента плазмонного усиления флуоресценции с ростом концентрации меченых антител к ПСА свидетельствует о подавлении металлическими частицами процессов самотушения флуоресцентных меток.

We consider the possibilities of applying the plasmon-enhanced fluorescence of monoclonal antibodies labeled with fluorescein isothiocyanate (FITC) to the prostate-specific antigen (PSA) for increasing the immunofluorescence analysis sensitivity. For the first time, for determining the PSA concentration we applied an immunochemical test system of two-center binding using a pair of non-competing monoclonal antibodies in combination with silver plasmon nanoparticles. The advantages over the standard PSA immunofluorescence assay are shown, namely: the intensity of the recorded fluorescent signal is increased by 2.3—3.2 times in the presence of silver nanoparticles in comparison with the signal of the test system on the intact surface of a polystyrene plate; the signal-to-noise ratio is increased by up to 2 times. In addition to the plasmon-enhanced fluorescence, the effect of an intermediate polyelectrolyte layer on the increasing of the sorption capacity of primary PSA antibodies is shown, which in turn influences the fluorescence signal intensity. A growth of the plasmon fluorescence enhancement factor with increasing the concentration of the labeled antibodies indicates the suppression of the self-quenching of the fluorescent labels by metal nanoparticles.

простат-специфический антигенплазмон-усиленная флуоресценциянаночастицы серебраполиэлектролитиммунофлуоресцентный анализprostate-specific antigenplasmon-enhanced fluorescencesilver nanoparticlespolyelectrolyteimmunofluorescence assayReferencesВ. С. Камышников. Онкомаркеры: Методы определения, референтные значения, интерпретация тестов, Москва, МЕД-пресс Информ (2011)В. С. Камышников. Онкомаркеры: Методы определения, референтные значения, интерпретация тестов, Москва, МЕД-пресс Информ (2011)В. С. Первый, В. Ф. Сухой. Онкомаркеры. Клинико-диагностический справочник, Ростов-наДону, Феникс (2012)В. С. Первый, В. Ф. Сухой. Онкомаркеры. Клинико-диагностический справочник, Ростов-наДону, Феникс (2012)P. Karami, H. Khoshsafar, M. Johari-Ahar, F. Arduini, A. Afkhami, H. Bagheri. Spectrochim. Acta A, 222 (2019) 117218P. Karami, H. Khoshsafar, M. Johari-Ahar, F. Arduini, A. Afkhami, H. Bagheri. Spectrochim. Acta A, 222 (2019) 117218P. Damborský, N. Madaboosi, V. Chu, J. P. Conde, J. Katrlík. Chem. Papers, 69 (2015) 143—149P. Damborský, N. Madaboosi, V. Chu, J. P. Conde, J. Katrlík. Chem. Papers, 69 (2015) 143—149F. Tan, Y. Yang, X. Xie, L. Wang, K. Deng, X. Xia, X. Yang, H. Huang. Analyst, 143 (2018) 5038—5045F. Tan, Y. Yang, X. Xie, L. Wang, K. Deng, X. Xia, X. Yang, H. Huang. Analyst, 143 (2018) 5038—5045H.-M. Kim, J.-H. Park, D. H. Jeong, H.-Y. Lee, S.-K. Lee. Sens. Actuator B-Chem., 273 (2018) 891—898H.-M. Kim, J.-H. Park, D. H. Jeong, H.-Y. Lee, S.-K. Lee. Sens. Actuator B-Chem., 273 (2018) 891—898J. W. Attridge, P. B. Daniels, J.K. Deacon, G. A. Robinson, G. P. Davidson. Biosens. Bioelectron., 6 (1991) 201—214J. W. Attridge, P. B. Daniels, J.K. Deacon, G. A. Robinson, G. P. Davidson. Biosens. Bioelectron., 6 (1991) 201—214F. Yu, B. Persson, S. Lofas, W. Knoll. Anal. Chem., 76 (2004) 6765—6770F. Yu, B. Persson, S. Lofas, W. Knoll. Anal. Chem., 76 (2004) 6765—6770K. Sokolov, G. Chumanov, T. M. Cotton. Anal. Chem., 70 (1998) 3898—3905K. Sokolov, G. Chumanov, T. M. Cotton. Anal. Chem., 70 (1998) 3898—3905S. M. Tabakman, L. Lau , J. T. Robinson, J. Price, S. P. Sherlock, H. Wang, B. Zhang, Z. Chen, S. Tangsombatvisit, J. A. Jarrell, P. J. Utz, H. Dai. Nat. Commun., 2 (2011) 466S. M. Tabakman, L. Lau , J. T. Robinson, J. Price, S. P. Sherlock, H. Wang, B. Zhang, Z. Chen, S. Tangsombatvisit, J. A. Jarrell, P. J. Utz, H. Dai. Nat. Commun., 2 (2011) 466L. Zhou, F. Ding, H. Chen, W. Ding, W. Zhang, S. Y. Chou. Anal. Chem., 84 (2012) 4489—4495L. Zhou, F. Ding, H. Chen, W. Ding, W. Zhang, S. Y. Chou. Anal. Chem., 84 (2012) 4489—4495R. Zhang, Z. Wang, C. Song, J. Yang, Y. Cui. J. Fluoresc., 23 (2013) 551—559R. Zhang, Z. Wang, C. Song, J. Yang, Y. Cui. J. Fluoresc., 23 (2013) 551—559O. Kulakovich, N. Strekal, M. Artemyev, A. Stupak, S. Maskevich, S. Gaponenko. Nanotechnol., 17 (2006) 5201—5206O. Kulakovich, N. Strekal, M. Artemyev, A. Stupak, S. Maskevich, S. Gaponenko. Nanotechnol., 17 (2006) 5201—5206J. R. Lakowicz, J. Malicka, S. D’Auria, I. Gryczynski. Anal. Biochem., 320 (2003) 13—20J. R. Lakowicz, J. Malicka, S. D’Auria, I. Gryczynski. Anal. Biochem., 320 (2003) 13—20K. Okuda. Digest Dis. Sci., 31 (1986) 133S—146SK. Okuda. Digest Dis. Sci., 31 (1986) 133S—146SY. Wang, A. Brunsen, U. Jonas, J. Dostalek, W. Knoll. Anal. Chem., 81 (2009) 9625—9632Y. Wang, A. Brunsen, U. Jonas, J. Dostalek, W. Knoll. Anal. Chem., 81 (2009) 9625—9632L.-H. Jin, S.-M. Li, Y.-H. Cho. Biosens. Bioelectron., 33 (2012) 284—287L.-H. Jin, S.-M. Li, Y.-H. Cho. Biosens. Bioelectron., 33 (2012) 284—287H. Y. Song, T. I. Wong, A. Sadovoy, L. Wu, P. Bai, J. Deng, S. Guo, Y. Wang, W. Knoll, X. Zhou. Lab. Chip., 15 (2015) 253—263H. Y. Song, T. I. Wong, A. Sadovoy, L. Wu, P. Bai, J. Deng, S. Guo, Y. Wang, W. Knoll, X. Zhou. Lab. Chip., 15 (2015) 253—263T. Kaya, T. Kaneko, S. Kojima, Y. Nakamura, Y. Ide, K. Ishida, Y. Suda, K. Yamashita. Anal. Chem., 87 (2015) 1797—1803T. Kaya, T. Kaneko, S. Kojima, Y. Nakamura, Y. Ide, K. Ishida, Y. Suda, K. Yamashita. Anal. Chem., 87 (2015) 1797—1803Q. Zhang, L. Wu, T. I. Wong, J. Zhang, X. Liu, X. Zhou, P. Bai, B. Liedberg, Y.Wang. Int. J. Nanomed., 12 (2017) 2307—2314Q. Zhang, L. Wu, T. I. Wong, J. Zhang, X. Liu, X. Zhou, P. Bai, B. Liedberg, Y.Wang. Int. J. Nanomed., 12 (2017) 2307—2314О. С. Кулакович, М. В. Артемьев, А. П. Ступак, С. А. Маскевич, С. В. Гапоненко. Журн. прикл. спектр., 73, № 6 (2006) 797—800 [O. S. Kulakovich, M. V. Artem’ev, A. P. Stupak, S. A. Maskevich, S. V. Gaponenko. J. Appl. Spectr., 73 (2006) 892—896]О. С. Кулакович, М. В. Артемьев, А. П. Ступак, С. А. Маскевич, С. В. Гапоненко. Журн. прикл. спектр., 73, № 6 (2006) 797—800 [O. S. Kulakovich, M. V. Artem’ev, A. P. Stupak, S. A. Maskevich, S. V. Gaponenko. J. Appl. Spectr., 73 (2006) 892—896]D. V. Guzatov, S. V. Vaschenko, V. V. Stankevich, A. Ya. Lunevich, Y. F. Glukhov, S. V. Gaponenko. J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 10723—10733D. V. Guzatov, S. V. Vaschenko, V. V. Stankevich, A. Ya. Lunevich, Y. F. Glukhov, S. V. Gaponenko. J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 10723—10733А. А. Романенко, С. В. Ващенко, В. В. Станкевич, А. Я. Луневич, Ю. Ф. Глухов, С. В. Гапоненко. Журн. прикл. спектр., 81 (2014) 228—232 [A. A. Ramanenka, S. V. Vaschenko, V. V. Stankevich, A. Ya. Lunevich, Yu. F. Glukhov, S. V. Gaponenko. J. Appl. Spectr., 81 (2014) 222—225]А. А. Романенко, С. В. Ващенко, В. В. Станкевич, А. Я. Луневич, Ю. Ф. Глухов, С. В. Гапоненко. Журн. прикл. спектр., 81 (2014) 228—232 [A. A. Ramanenka, S. V. Vaschenko, V. V. Stankevich, A. Ya. Lunevich, Yu. F. Glukhov, S. V. Gaponenko. J. Appl. Spectr., 81 (2014) 222—225]S. Vaschenko, A. Ramanenka, O. Kulakovich, A. Muravitskaya, D. Guzatov, A. Lunevich, A. Ya. Lunevich, Y. F. Glukhov, S. Gaponenko. Proc. Eng., 140 (2016) 57—66S. Vaschenko, A. Ramanenka, O. Kulakovich, A. Muravitskaya, D. Guzatov, A. Lunevich, A. Ya. Lunevich, Y. F. Glukhov, S. Gaponenko. Proc. Eng., 140 (2016) 57—66D. V. Guzatov, S. V. Gaponenko, H. V. Demir. Plasmon., 13 (2018) 2133—2140D. V. Guzatov, S. V. Gaponenko, H. V. Demir. Plasmon., 13 (2018) 2133—2140P. C. Lee, D. Meisel. J. Phys. Chem., 86 (1982) 3391—3395P. C. Lee, D. Meisel. J. Phys. Chem., 86 (1982) 3391—3395S. V. Gaponenko. Introduction to Nanophotonic, CUP, Cambridge (2010) 465S. V. Gaponenko. Introduction to Nanophotonic, CUP, Cambridge (2010) 465F. R. Aussenegg, A. Leitner, M. E. Lippitsch, H. Reinisch, M. Riegler. Surf. Sci., 189/190 (1987) 935—945F. R. Aussenegg, A. Leitner, M. E. Lippitsch, H. Reinisch, M. Riegler. Surf. Sci., 189/190 (1987) 935—945N. Strekal, A. Maskevich, S. Maskevich, J. C. Jardillier, I. Nabiev. Biopolymers (Biospectroscopy), 57 (2000) 325—328N. Strekal, A. Maskevich, S. Maskevich, J. C. Jardillier, I. Nabiev. Biopolymers (Biospectroscopy), 57 (2000) 325—328K. Takahashi, M. Fukada, M. Kawai, T. Yokoehi. J. Immunolog. Method., 153 (1992) 67—71K. Takahashi, M. Fukada, M. Kawai, T. Yokoehi. J. Immunolog. Method., 153 (1992) 67—71L. S. Epstein, J. K. Lunney. J. Immunolog. Method., 76 (1985) 63—72L. S. Epstein, J. K. Lunney. J. Immunolog. Method., 76 (1985) 63—72N. A. Stearns, S. Zhou, M. Petri, S. R. Binder, D. S. Pisetsky. PLoS ONE, 11 (2016) e0161818N. A. Stearns, S. Zhou, M. Petri, S. R. Binder, D. S. Pisetsky. PLoS ONE, 11 (2016) e0161818F. Caruso. Adv. Mater., 13 (2001) 11—22F. Caruso. Adv. Mater., 13 (2001) 11—22A. Muravitskaya, O. Kulakovich, P. M. Adam, S. Gaponenko. Phys. Status Solidi (b), 255 (2018) 1700491A. Muravitskaya, O. Kulakovich, P. M. Adam, S. Gaponenko. Phys. Status Solidi (b), 255 (2018) 1700491A. C. McGeachy, N. Dalchand, E. R. Caudill, T. Li, M. Doğangün, L. L. Olenick, H. Chang, J. A. Pedersen, F. M. Geiger. Phys. Chem. Chem. Phys., 20 (2018) 10846—10856A. C. McGeachy, N. Dalchand, E. R. Caudill, T. Li, M. Doğangün, L. L. Olenick, H. Chang, J. A. Pedersen, F. M. Geiger. Phys. Chem. Chem. Phys., 20 (2018) 10846—10856V. A. Galievsky, A. S. Stasheuski, S. N. Krylov. Anal. Chem., 89 (2017) 11122—11128V. A. Galievsky, A. S. Stasheuski, S. N. Krylov. Anal. Chem., 89 (2017) 11122—11128

The authors declare that there are no conflicts of interest present.