Un método de resonancia magnética para detectar y confirmar analitos.

Un método para detectar si un analito está presente o no en una muestra usando resonancia magnética,

comprendiendo el método:

aplicar un primer campo magnético a una muestra que comprende un líquido y material que se va a analizar; aplicar un segundo campo magnético dentro de al menos una región de la muestra de forma que las señales de resonancia magnética del líquido en la al menos una región sean diferentes de las señales de resonancia magnética del líquido exterior a la al menos una región, en donde el segundo campo magnético es creado por una nanopartícula asociada a un material de afinidad en presencia del primer campo magnético, en donde la nanopartícula es una partícula paramagnética;

retener el analito con el material de afinidad en la al menos una región de manera que desplace líquido de la al menos una región;

excitar las señales de resonancia magnética del líquido mientras el analito está en la al menos una región para determinar el T2 de la muestra; y

determinar la presencia del analito determinando si el T2 determinado es mayor que el T2 de la combinación del líquido con las partículas paramagnéticas,

en donde la determinación de T2 de la muestra usada para determinar la presencia del analito se realiza antes de la aglomeración sustancial, y

en donde la estequiometría de las partículas paramagnéticas inhibe la aglomeración.

Un método de resonancia magnética para detectar y confirmar analitos Solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica el beneficio de las solicitudes provisionales de EE.UU. n° de serie 6/673.382 presentada el 21 de abril de 25, titulada BIO-HAZARD SUBSTANCE DETECTOR AND IDENTIFIER, y número de serie 6/669.19 presentada el 7/4/25, titulada SHIPPING CONTAINER INSPECTION DEVICE.

Interés del gobierno

La presente invención se hizo con la financiación del gobierno de EE.UU. bajo uno o más de los siguientes contratos: Centro de Asuntos de Guerra Aérea Naval n68335-2-c-312, contratos del Departamento de Seguridad Nacional NBCHC617 y HSHQPA-5-9-39. El gobierno de EE.UU. tiene ciertos derechos en la presente invención.

Antecedentes

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere generalmente al campo de la detección de analitos y adicionalmente se refiere a detectar analitos usando resonancia magnética.

2. Técnica relacionada

La tecnología de detección de analitos específicos abarca una amplia variedad de instrumentación y técnicas de laboratorio que incluyen instrumentos de cromatografía de líquidos y de gases (CL y CG, respectivamente), espectrometría de masas (EM), espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), reacción en cadena de la polimerasa (PCR), espectroscopia óptica y fluoroscopía, espectroscopia de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) y de movilidad iónica. Sin embargo, los instrumentos de análisis químico de hoy en día son grandes y caros, requieren un operario experto, implican una compleja preparación de muestras y requieren cantidades sustanciales de tiempo para el análisis.

Hay una necesidad crítica en el mundo de mejorar la detección de sustancias químicas y microbios específicos. Por ejemplo, en el área de la seguridad nacional, se necesita un sistema para detectar agentes biológicos, toxinas y armas químicas para proporcionar una alerta temprana en caso de ataque terrorista. Una capacidad de detección tal también podría usarse para buscar sitios clandestinos en los que estén en desarrollo o en producción tales armas, permitiendo así la acción para prevenir su uso. También se necesita un sistema para escanear correo y paquetes para detectar un ataque terrorista.

También se necesita la detección mejorada de patógenos para la ciencia médica. La detección sensible de ADN o proteínas asociadas a gripe aviar, encefalopatía espongiforme bovina (más comúnmente denominada la "enfermedad de las vacas locas") o el síndrome respiratorio agudo grave (SRAG) permitiría la Intervención para evitar una pandemia. El amplio uso clínico de un sistema tal ayudaría en la identificación de enfermedades comunes o enfermedades graves, ayudando enormemente a los médicos en el diagnóstico.

También se necesita la detección de diversas sustancias químicas para aplicaciones Industriales para detectar sustancias químicas industriales tóxicas (SQIT) y materiales industriales tóxicos (MIT). Un sistema tal permitiría la detección de fugas, control de procesos, detección de la degradación de materiales, control de concentración, y un sinfín de otras aplicaciones de procesos en una amplia variedad de industrias.

También se necesita la detección mejorada en la agricultura y la producción de alimentos, además de un medio para detectar la contaminación, podredumbre o envenenamiento de alimentos. Los alimentos incluyen, por ejemplo, artículos tales como agua potable y zumos de frutas. También hay una necesidad en las pruebas forenses que incluye, por ejemplo, búsqueda de secuencias de ADN específicas en una muestra en el sitio de búsqueda.

Están en desarrollo técnicas de detección por resonancia magnética que Implican partículas paramagnéticas a escala nanométrica (nanopartículas) que previamente se han usado como agentes de contraste de IRM. Las partículas comprenden un núcleo de material paramagnético o superparamagnético (ambos se denominan generalmente en el presente documento paramagnético), recubierto por una vaina de material no magnético que está adornado con moléculas reactivas para promover la unión a células diana tales como patógenos, células tumorales, etc. Las nanopartículas se Inyectan en un paciente antes del análisis de IRM. Se unen a las células diana, producen un cambio local en las propiedades de las Imágenes IRM y permiten la detección o localización de las células diana.

Las nanopartículas también se han usado in vitro. Disueltas o en suspensión en un medio líquido, las nanopartículas se unen a células diana o moléculas en el medio. Las nanopartículas y los analitos pueden formar agregados que incorporan de docenas a miles de nanopartículas. Tales agregados son detectables por dispersión de la luz,

microscopía de fuerza atómica, microscopía electrónica, y en algunos casos por efectos de RMN. Véase, por ejemplo, la patente de EE.UU. n° 5.254.46 a Josephson y col.

Los reactivos específicos para diana pueden montarse sobre las nanopartículas para proporcionar selectividad específica por analito. Una desventaja es la necesidad de formar agregaciones que comprendan una pluralidad de nanopartículas y una pluralidad de células o moléculas diana, debido a que la agregación solo se produce cuando cada nanopartícula está unida a múltiples analitos y cada analito está unido a múltiples nanopartículas. La agregación puede inhibirse por efectos geométricos tales como una variación en el tamaño entre nanopartículas. Puede requerirse tiempo sustancial para que se formen las agregaciones.

Se realizaron estudios previos sobre la aglomeración en relajómetros de mesa e instrumentos de RM de alto campo. La preparación e inserción de muestras en el tubo de RMN es tediosa. La mezcla a mano de cada muestra y luego la inserción de la muestra requiere tiempo y se pierde el importante evento de unión que tiene lugar pronto cuando el analito se une a la nanopartícula. Se requiere un instrumento compacto y automatizado para acelerar las mediciones. Por tanto, es importante entender los fenómenos que describen los cambios observados en la medición desde un punto de vista físico y bioquímico básico.

Estudios previos no modelaron el cambio en los efectos de T2 desde un punto de vista físico. Los simples efectos de la aglomeración se observaron por medios ópticos (microscopios) para establecer los fenómenos referentes al cambio en T2. Además, estudios previos no aprovecharon el control de la estequiometría de las nanopartículas para adaptar los parámetros medidos para diversas aplicaciones que condujeran a productos de RMN específicos.

Estudios previos usaron muestras que eran puras y no estaban sometidas a interferencias tales como polvo, ácidos, etc. Además, no hubo requisito de mediciones rápidas combinadas con la no interferencia de moléculas vecinas desordenadas y próximas, coste del sistema global, bajas falsas alarmas y alta probabilidad de detección. Tampoco hubo intervalo definido de concentraciones del analito que iba a detectarse.

Estudios previos no consideraron el uso de materiales paramagnéticos mejorados tales como compuestos de hierro, cobalto y níquel que condujeran a una magnetización más fuerte y sensibilidad mejorada.

El documento WO 2-98364 desvela proporcionar composiciones de conjugados de resto de unión-nanopartícula, agregados de estos conjugados, y nuevos métodos de uso de estos conjugados, y agregados. Las nanopartículas en estos conjugados pueden ser óxidos metálicos magnéticos, tanto monodispersos como polidispersos. Los restos de unión pueden ser, por ejemplo, oligonucleótidos, polipéptidos o polisacáridos. Las composiciones pueden usarse en ensayos para detectar moléculas diana, tales como ácidos nucleicos y proteínas, in vitro o como agentes de contraste de resonancia magnética (RM) para detectar moléculas diana.

Resumen

Se proporciona un método que puede detectar analitos diana basándose en mediciones de resonancia magnética. En un aspecto, los analitos se detectan usando nanopartículas específicas en forma de nanoconmutadores de resonancia magnética.

Según la presente invención, se proporciona un método como se explica en la reivindicación 1. Las características preferidas de la invención se explican en las reivindicaciones dependientes.

En un aspecto, los sistemas y métodos detectan analitos elegidos como diana con especificidad muy alta, a pesar de la interferencia vecina próxima, suciedad, desorden, interferentes biológicos tales como esporas de moho, interferentes proteináceos tales como leche desnatada y albúmina de huevo, interferentes paramagnéticos tales como hemoglobina y ácido... [Seguir leyendo]

1. Un método para detectar si un analito está presente o no en una muestra usando resonancia magnética, comprendiendo el método:

aplicar un primer campo magnético a una muestra que comprende un líquido y material que se va a analizar;

aplicar un segundo campo magnético dentro de al menos una región de la muestra de forma que las señales de resonancia magnética del líquido en la al menos una región sean diferentes de las señales de resonancia magnética del líquido exterior a la al menos una región, en donde el segundo campo magnético es creado por una nanopartícula asociada a un material de afinidad en presencia del primer campo magnético, en donde la nanopartícula es una partícula paramagnética;

retener el analito con el material de afinidad en la al menos una región de manera que desplace líquido de la al menos una región;

excitar las señales de resonancia magnética del líquido mientras el analito está en la al menos una región para determinar el T2 de la muestra; y

determinar la presencia del analito determinando si el T2 determinado es mayor que el T2 de la combinación del líquido con las partículas paramagnéticas,

en donde la determinación de T2 de la muestra usada para determinar la presencia del analito se realiza antes de la aglomeración sustancial, y

en donde la estequiometría de las partículas paramagnéticas Inhibe la aglomeración.

2. El método de la reivindicación 1 que comprende además medir el T2 del líquido con las nanopartículas.

3. El método de la reivindicación 2 que comprende además medir el T1 de la muestra para determinar la concentración de nanopartículas en la muestra y usar esa determinación para determinar un nivel inicial para determinar si se ha producido un aumento en el T2.

4. El método de la reivindicación 1, en donde el segundo campo magnético es tal que las señales de resonancia magnética del líquido en el segundo campo magnético puedan distinguirse de las señales de resonancia magnética del líquido exterior al segundo campo magnético.

5. El método de la reivindicación 1 que comprende además determinar la cantidad del analito en la muestra a partir del T2 determinado.

6. El método de la reivindicación 1 que comprende además medir el T2 del líquido con partículas paramagnéticas y sin el material que va a analizarse para determinar una medición del T2 del nivel Inicial.

7. El método de la reivindicación 1, en donde el analito se une a la partícula formando un binario de nanopartícula- anallto, y el analito ocupa la segunda reglón de campo magnético, excluyendo así líquido de la reglón, dando como resultado una reducción en el desfase del líquido, dando como resultado un aumento en el T2 de la muestra entera de líquido.