mesЭкстремальная биомедицинаExtreme Medicine3033-89643033-8972Centre for Strategic Planning of the Federal Medical and Biological Agency10.47183/mes.2025-257mes-257Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ ДИАГНОСТИКАCLINICAL LABORATORY DIAGNOSTICSЛюминесцентная иммунохроматография на основе комплексных соединений Eu³⁺ для выявления патогенных микроорганизмов и бактериальных токсиновLuminescent immunochromatography based on Eu³⁺ coordination compounds for detection of pathogenic microorganisms and bacterial toxinshttps://orcid.org/0000-0003-4644-0485ЯрковС. П.YarkovS. P.

Ярков Сергей Петрович - д-р. биол. наук

Москва

Sergey P. Yarkov

Moscow

diasol@dol.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2826-9581ТретьяковС. И.TretyakovS. I.

Третьяков Сергей Иванович - канд. технич. наук

Москва

Sergey I. Tretyakov

Moscow

14otd@gosniibp.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0801-6923ШиленкоИ. В.ShilenkoI. V.

Шиленко Инесса Владимировна - канд. технич. наук

Москва

Inessa V. Shilenko

Moscow

14otd@gosniibp.ruhttps://orcid.org/0009-0008-7522-7775ШаулинаЕ. К.ShaulinaE. K.

Шаулина Екатерина Константиновна

Москва

Ekaterina K. Shaulina

Moscow

14otd@gosniibp.ruhttps://orcid.org/0009-0005-4482-3724МандажиА.MandajiA.

Мандажи Ангелина

Москва

Angelina Mandaji

Moscow

14otd@gosniibp.ruhttps://orcid.org/0009-0001-3209-4940ЗенковД. А.ZenkovD. A.

Зенков Денис Алекcандрович

Москва

Denis A. Zenkov

Moscow

14otd@gosniibp.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8355-7821ИшковЮ. Н.IshkovYu. N.

Ишков Юрий Николаевич - канд. хим. наук

Москва

Yury N. Ishkov

Moscow

14otd@gosniibp.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9988-2343СтяжкинК. К.StyazhkinK. K.

Стяжкин Константин Кириллович - д-р биол. наук, профессор

Москва

Konstantin K. Styazhkin

Moscow

director@gosniibp.ruГосударственный научно-исследовательский институт биологического приборостроенияРоссияState Scientific Research Institute of Biological InstrumentationRussian Federation202524032025271107114Copyright © Ярков С.П., Третьяков С.И., Шиленко И.В., Шаулина Е.К., Мандажи А., Зенков Д.А., Ишков Ю.Н., Стяжкин К.К., 20252025Ярков С.П., Третьяков С.И., Шиленко И.В., Шаулина Е.К., Мандажи А., Зенков Д.А., Ишков Ю.Н., Стяжкин К.К.Yarkov S.P., Tretyakov S.I., Shilenko I.V., Shaulina E.K., Mandaji A., Zenkov D.A., Ishkov Y.N., Styazhkin K.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.extrememedicine.ru/jour/article/view/257Введение

Введение. Повышение чувствительности иммунохроматографического анализа как одного из экспресс-методов индикации и диагностики патогенных микроорганизмов и токсинов актуально для пищевой безопасности и здравоохранения в целом.

Цель

Цель. Разработка экспериментального образца видеоцифрового регистратора люминесцентных иммунохроматограмм РЛИ-Eu³⁺ и адаптированных к прибору люминесцентных иммунохроматографических тестов (ЛИХТ) на основе микросфер с соединениями европия, сравнение чувствительности ЛИХТ с ИХА-тестами на основе наночастиц коллоидного золота (НКЗ) для увеличения чувствительности метода и выявления патогенных микроорганизмов и их токсинов.

Материалы и методы

Материалы и методы. В качестве люминесцентной метки для иммунохроматографии использовали субмикронные полимерные микросферы, меченные органическими комплексами трехвалентного европия (Eu³⁺), ЛИХТ регистрировали с помощью разработанного прибора-регистратора РЛИ-Eu³⁺.

Результаты

Результаты. Показано, что порог обнаружения люминесцирующего комплекса Eu³⁺ на иммунохроматографической мембране равен 2 пг/мм², линейность показаний наблюдается в диапазоне 2–200 пг/мм². Коэффициенты вариации показаний прибора в диапазоне концентраций люминесцирующего комплекса 20–200 пг/мм² составляют < 5%, в диапазоне 2–20 пг/мм² — менее 10%. С использованием ЛИХТ и прибора РЛИ-Eu³⁺ определены следующие пороги обнаружения: холерного токсина — 10 нг/мл, стафилококкового энтеротоксина типа В — 0,5 нг/мл, клеток возбудителя чумы — 1×10³ м.к./мл, спор возбудителя сибирской язвы — 5×10³ спор/мл, антигенов вируса Конго-Крымской геморрагической лихорадки (ККГЛ) — в разведении 1:640 000.

Выводы

Выводы. Разработанный видеоцифровой регистратор РЛИ-Eu³⁺ и ЛИХТ на основе комплексов европия позволили снизить в 20–128 раз порог обнаружения патогенных микроорганизмов и бактериальных токсинов по сравнению с иммунохроматографическими тестами на основе НКЗ для тех же патогенов.

Introduction

Introduction. Increasing the sensitivity of immunochromatographic assay as an express method for detection and diagnosis of pathogenic microorganisms and toxins is a relevant task with regard to ensuring food safety and population health in general.

Objective

Objective. Development of a prototype of a video digital recorder of luminescent immunochromatograms (RLI-Eu³⁺) and luminescent immunochromatographic tests (LICHT) adapted to a device based on microspheres with europium compounds. Comparison of the sensitivity of LICHT and AuNPs-based immunochromatography assay (ICA) tests to increase the sensitivity of the method for detection of pathogenic microorganisms and their toxins.

Material and methods

Material and methods. Submicron polymer microspheres labeled with organic complexes of trivalent europium (Eu³⁺) were used as a luminescent label for immunochromatography. LICHT were recorded using the developed RLI-Eu³⁺ recorder.

Results

Results. The detection threshold of the Eu³⁺ luminescent complex on the immunochromatographic membrane was shown to be 2 pg/mm², with the linearity of the readings ranging within 2–200 pg/mm². The coefficients of variation of the instrument readings in the luminescent complex concentration range of 20–200 pg/mm² and 2–20 pg/mm² were found to be less than 5% and 10%, respectively. Using LICHT and the RLI-Eu³⁺ device, detection thresholds were determined as follows: cholera toxin — 10 ng/mL, staphylococcal enterotoxin type B — 0.5 ng/mL, plague pathogen cells — 1×10³ cells/mL, anthrax pathogen spores — 5×10³ spores/mL, Crimean-Congo hemorrhagic fever (CCHF) virus antigens — at a dilution of 1:640,000.

Conclusions

Conclusions. The developed video digital recorder RLI-Eu³⁺ and LICHT based on europium coordination compounds enabled the detection threshold of pathogenic microorganisms and bacterial toxins to be reduced by 20–128 times compared to immunochromatographic tests based on colloidal gold (CG) for the same pathogens.

люминесцентная иммунохроматографиявидеоцифровая регистрация результатовсубмикронные полимерные частицы с комплексами европияхолерный токсинстафилококковый энтеротоксин типа Вклетки возбудителя чумыспоры возбудителя сибирской язвыантигены вируса ККГЛluminescent immunochromatographyvideo digital recordingsubmicron polymer particles with europium complexescholera toxinstaphylococcal enterotoxin type Bplague pathogen cellsanthrax pathogen sporesCCHF virus antigensисследование выполнено без спонсорской поддержкиthis work was carried out without sponsorshipReferencesHou FP, Bai MY, Zhang Y, Liu HY, Sun SQ, Guo HC. Fluorescent immunochromatographic assay for quantitative detection of the foot-and-mouth disease virus serotype O antibody. Microchem. J. 2020;155:104690. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.104690Hou FP, Bai MY, Zhang Y, Liu HY, Sun SQ, Guo HC. Fluorescent immunochromatographic assay for quantitative detection of the foot-and-mouth disease virus serotype O antibody. Microchem. J. 2020;155:104690. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.104690Kim TK, Oh S, Hong SC, Mok YJ, Choi EY. Point-of-Care Fluorescence Immunoassay for Cardiac Panel Biomarkers. J. Clin. Lab. Anal. 2014;28:419–27. https://doi.org/10.1002/jcla.21704Kim TK, Oh S, Hong SC, Mok YJ, Choi EY. Point-of-Care Fluorescence Immunoassay for Cardiac Panel Biomarkers. J. Clin. Lab. Anal. 2014;28:419–27. https://doi.org/10.1002/jcla.21704Gao YM, Wei JC, Mak PU, Vai MI, Du M, Pun SH. Development of a Calibration Strip for Immunochromatographic Assay Detection Systems. Sensors. 2016;16:1007. https://doi.org/10.3390/s16071007Gao YM, Wei JC, Mak PU, Vai MI, Du M, Pun SH. Development of a Calibration Strip for Immunochromatographic Assay Detection Systems. Sensors. 2016;16:1007. https://doi.org/10.3390/s16071007Raeisossadati MJ, Danesh NM, Borna F, Gholamzad M, Ramezani M, Abnous K, Taghdisi SM. Lateral flow-based immunobiosensors for detection of food contaminants. Biosens.Bioelectron. 2016;86:235–46. https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.06.061Raeisossadati MJ, Danesh NM, Borna F, Gholamzad M, Ramezani M, Abnous K, Taghdisi SM. Lateral flow-based immunobiosensors for detection of food contaminants. Biosens.Bioelectron. 2016;86:235–46. https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.06.061Wu Y, Sun J, Huang X, Lai W, & Xiong Y. Ensuring food safety using fluorescent nanoparticles-based immunochromatographic test strips. Trends in Food Science & Technology. 2021; 118:658–78. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.10.025Wu Y, Sun J, Huang X, Lai W, & Xiong Y. Ensuring food safety using fluorescent nanoparticles-based immunochromatographic test strips. Trends in Food Science & Technology. 2021; 118:658–78. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.10.025Sanchis A, Salvador JP, Marco MP. Multiplexed immunochemical techniques for the detection of pollutants in aquatic environments. TrAC Trends Anal. Chem. 2018;106:1–10. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.06.015Sanchis A, Salvador JP, Marco MP. Multiplexed immunochemical techniques for the detection of pollutants in aquatic environments. TrAC Trends Anal. Chem. 2018;106:1–10. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.06.015Berlina AN, Taranova NA, Zherdev AV, Vengerov YY, Dzantiev BB. Quantum dotbased lateral flow immunoassay for detection of chloramphenicol in milk. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2013;405(14):4997–5000. https://doi.org/10.1007/s00216-013-6876-3Berlina AN, Taranova NA, Zherdev AV, Vengerov YY, Dzantiev BB. Quantum dotbased lateral flow immunoassay for detection of chloramphenicol in milk. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2013;405(14):4997–5000. https://doi.org/10.1007/s00216-013-6876-3Taranova NA, Berlina AN, Zherdev AV, Dzantiev BB. “Traffic light” immunochromatographic test based on multicolor quantum dots for the simultaneous detection of several antibiotics in milk. Biosensors and Bioelectronics. 2015;63:255–61. https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.07.049Taranova NA, Berlina AN, Zherdev AV, Dzantiev BB. “Traffic light” immunochromatographic test based on multicolor quantum dots for the simultaneous detection of several antibiotics in milk. Biosensors and Bioelectronics. 2015;63:255–61. https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.07.049Yang J.C., Wang K., Xu H., Yan W.Q., Jin Q.H., Cui D.X. Detection platforms for point-of-care testing based on colorimetric, luminescent and magnetic assays: A review. Talanta. 2019;202:96–110. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.04.054Yang J.C., Wang K., Xu H., Yan W.Q., Jin Q.H., Cui D.X. Detection platforms for point-of-care testing based on colorimetric, luminescent and magnetic assays: A review. Talanta. 2019;202:96–110. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.04.054Баюшева ВВ, Белозерова ОА, Чередниченко АГ. Синтез и люминесцентные свойства комплексов редкоземельных металлов (РЗМ) с замещенным 1,10-фенантролином и β-дикетонами. Успехи в химии и химической технологии. 2014;28(6):16–8. EDN: STFWMNBajusheva VV, Belozerova OA, Cherednichenko AG. Synthesis and luminescent properties of rare earth metal complexes (REM) with substituted 1,10-phenanthroline and β-diketones. Uspekhi v Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii Magazine. 2014;28(6):16–8 (In Russ.). EDN: STFWMNЯрков СП, Третьяков СИ, Шиленко ИВ, Ишков ЮН, Стяжкин КК. Выявление стафилококкового энтеротоксина типа B в молочной продукции иммунохроматографией с визуальной и видеоцифровой детекцией. Медицина экстремальных ситуаций. 2023;3:86–91. https://doi.org/10.47183/mes.2023.039Yarkov SP, Tretyakov SI, Shilenko IV, Ishkov YuN, Styazhkin KK. Identification of staphylococcal enterotoxin B in dairy products by immunochromatography with visual and digital video detection. Extreme Medicine. 2023;3:86–91 (In Russ.). https://doi.org/10.47183/mes.2023.039Jiao X, Peng T, Liang Z, Hu Y, Meng B, Zhao Y, et al. Lateral Flow Immunoassay Based on Time-Resolved Fluorescence Microspheres for Rapid and Quantitative Screening CA199 in Human Serum. Int. J. Mol. Sci. 2022;23:9991–9. https://doi.org/10.3390/ijms23179991Jiao X, Peng T, Liang Z, Hu Y, Meng B, Zhao Y, et al. Lateral Flow Immunoassay Based on Time-Resolved Fluorescence Microspheres for Rapid and Quantitative Screening CA199 in Human Serum. Int. J. Mol. Sci. 2022;23:9991–9. https://doi.org/10.3390/ijms23179991Еремкин АВ, Ипатов СС, Куклина ГВ, Печенкин ДВ, Кытманов АА, Тихвинская ОВ и др. Разработка иммуноферментных тест-систем и иммунохроматографических наборов реагентов, предназначенных для выявления стафилококковых энтеротоксинов типов А и В. Проблемы особо опасных инфекций. 2021;2:94–9. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2021-2-94-99Eremkin AV, Ipatov SS, Kuklina GV, Pechenkin DV, Kytmanov AA, Tikhvinskaya OV, et al. Development of ELISA test-systems and immune-chromatographic reagent panel designed for the detection of staphylococcal enterotoxins of A and B types. Problems of Particularly Dangerous Infections. 2021;2:94–9 (In Russ.). https://doi.org/10.21055/0370-1069-2021-2-94-99Ярков СП, Третьяков СИ, Шаулина ЕК, Бровкина АН, Храмов ЕН. Повышение чувствительности иммунохроматографических тестов для выявления возбудителя сибирской язвы и стафи­лококкового энтеротоксина типа В на основе усиления серебром и инструментальной регистрации. Медицина экстремальных ситуаций. 2019;21(3):122–31. EDN: KSFFSTYarkov SP, Tretyakov SI, Shaulina EK, Brovkina AN, Khramov EN. Elevation the sensitivity of immunochromatographic tests to identify the causative agent of anthrax and staphylococcal enterotoxin type B based on silver amplification and instrumental recording. Extreme medicine. 2019;21(3):122–31 (In Russ.). EDN: KSFFSTЛапаев ДВ, Зиятдинова РМ, Князев АА, Галяметдинов ЮГ, Никифоров ВГ, Лобков ВС. Механизм температурного тушения люминесценции в застеклованной пленке β-дикетонатного комплекса европия (III). Вестник технологического университета. 2018;21(4):13–18. EDN: XPSTYLLapaev DV, Ziyatdinova RM, Knyazev AA, Galyametdinov YuG, Nikiforov VG, Lobkov VS. Mechanism of temperature quenching of luminescence in a glassy film of the β-diketonate complex of europium (III). Bulletin of the Technological University. 2018;21(4):13–8 (In Russ.). EDN: XPSTYLXie QY, Wu YH, Xiong QR, Xu HY, Xiong YH, Liu K, et al. Advantages of fluorescent microspheres compared with colloidal gold as a label in immunochromatographic lateral flow assays. Biosens. Bioelectron. 2014;54:262–5. https://doi.org/10.1016/j.bios.2013.11.002Xie QY, Wu YH, Xiong QR, Xu HY, Xiong YH, Liu K, et al. Advantages of fluorescent microspheres compared with colloidal gold as a label in immunochromatographic lateral flow assays. Biosens. Bioelectron. 2014;54:262–5. https://doi.org/10.1016/j.bios.2013.11.002Gupta, R., Gupta, P., Wang, S. et al. Ultrasensitive lateral-flow assays via plasmonically active antibody-conjugated fluorescent nanoparticles. Nat. Biomed. Eng. 2023;7:1556–70. https://doi.org/10.1038/s41551-022-01001-1Gupta, R., Gupta, P., Wang, S. et al. Ultrasensitive lateral-flow assays via plasmonically active antibody-conjugated fluorescent nanoparticles. Nat. Biomed. Eng. 2023;7:1556–70. https://doi.org/10.1038/s41551-022-01001-1

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