The use of silver nanoparticles in diagnostic laboratory tests based on antigen-antibody reactions

Nanotechnologia jest intensywnie rozwijającą się dziedziną nauki mającą coraz szersze zastosowanie w medycynie (w diagnostyce, terapii, obrazowaniu). Nanocząstki to struktury, których co najmniej jeden wymiar mieści się w przedziale między 1 a 100 nm. Nanocząstki metali szlachetnych, takich jak złoto i srebro, przyciągają szczególną uwagę ze względu na swe unikalne właściwości fototermiczne, optyczne i chemiczne. Mają one zdolność silnego rozpraszania i absorbcji światła wynikające ze zlokalizowanego powierzchniowego rezonansu plazmonowego (LSPR). Posiadają wysoki stosunek powierzchni do objętości a powierzchnia ich jest stabilna i chemicznie reaktywna, co pozwala na jej łatwą funkcjonalizację różnymi biomolekułami. Wykorzystując wszystkie te właściwości powstały laboratoryjne testy diagnostyczne oparte na agregacji nanocząstek i przesunięciu LSPR.W pracy magisterskiej opisałam układ modelowy do wykrywania wolnych łańcuchów lekkich immunoglobulin (FLCs) oparty na agregacji funkcjonalizowanych przeciwciałami nanocząstek srebra (AgNPs). FLCs są biomarkerem wykorzystywanym w diagnostyce i leczeniu dyskrazji plazmocytowych, m.in. szpiczaka mnogiego. Nanocząstki srebra opłaszczono przeciwciałami anty-FLC. Zachodzące reakcje tzn. wiązanie się antygenów z przeciwciałami i związaną z tym agregację nanocząstek analizowano wykorzystując spektroskopię UV-VIS, rozpraszanie światła laserowego, mikroskopię ciemnego pola oraz obserwując zmiany zabarwienia roztworów. W badanym modelu agregacja zachodziła przy zakresie stężeń FLC od 1,1 mg/l. Biorąc pod uwagę zakres wartości referencyjnych FLC w surowicy (5,7 mg/l - 26,3 mg/l), opracowany test cechuje się dużą czułością.Optymalne warunki testu zależały od temperatury zachodzących reakcji, ilości nanocząstek srebra w roztworze i stosunku białek do AgNPs.W pracy udało się skonstruować prosty, tani i czuły modelowy test diagnostyczny do wykrywania FLC oparty na mechanizmie agregacji nanocząstek srebra. Powinna ona stanowić inspirację do kontynuacji badań w celu udoskonalenia testu i umożliwienia jego komercyjnego zastosowania.Nanotechnology is a rapidly growing area of research due to its integration with many biomedical applications (biodiagnostic, therapeutic and clinical). Nanomaterials are particles that have at least one dimension in the range of 1 to 100 nm. Noble metal nanostructures, such as gold and silver, have attracted much attention due to their unique photo-thermal, chemical, and optical properties. They have large surface-to-volume ratios, their surface is stable and chemically reactive which allows facile surface functionalization with various biological and organic molecules. What is even more beneficial these are their optical properties – strong light scattering and absorption, stemming from surface plasmon resonance. Due to all this properties laboratory tests based on the nanoparticles aggregation and shift of the LSPR have been developed.In this work we tried to develop the model system for the detection of serum free light chains (FLC) based on the aggregation of antibody-functionalized silver nanoparticles. FLCs are sensitive biomarkers used for the diagnosis and management of plasma cell dyscrasias, such as multiple myeloma.Silver nanoparticles were functionalized with antybodies anti-FLC. Binding of FLC to antibody-functionalized silver nanoparticles and subsequent aggregation was confirmed by solution color change, UV/Vis spectroscopy, laser light scattering and dark field spectroscopy. Aggregation was observed when the concentration of the FLC was above 1,1 mg/l. The sensitivity of the test (above 1,1 mg/l) covers the reference plasma concentration range of FLC (5,7 mg/l - 26,3 mg/l).The optimal test conditions depended on the temperature of the reaction, the amount of AgNPs, and the ratio of protein to AgNPs.In this study a simple, sensitive and cost-effective immunological model test for FLC detection based on the aggregation of antibody-functionalized AgNPs was developed. It can be a promising clinical tool for the detection of this important protein and the method should be investigated