طراحی یک نانوحسگر زیستی با استفاده از آنتی بادی تثبیت شده روی نقاط کوانتومی و رودامین متصل به سیترینین جهت شناسایی مایکوتوکسین

محورهای موضوعی : پاتوبیولوژی مقایسه ای

بهروز شجاعی سعدی ¹ , منصور بیات ² , پرویز تاجیک ³ , سید جمال هاشمی ⁴

1 - گروه پاتوبیولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران
2 - استاد قارچ شناسی.دپارتمان پاتوبیولوژی.واحد علوم و تحقیقات.دانشگاه آزاد اسلامی.تهران.ایران
3 - استاد تمام گروه مامایی و بیماری های تولید مثل دام، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
4 - استاد تمام گروه قارچ شناسی، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران.

تاریخ دریافت : 1400/08/12 تاریخ پذیرش : 1400/08/12 تاریخ انتشار : 1399/10/01

کلید واژه: نانو حسگر زیستی, رودامین, سیترینین, کوانتوم دات,

چکیده مقاله :

سیترینین متابولیت نفروتوکسیکی است که در حیوانات به کلیه‌ها آسیب وارد می‌کند. لذا گسترش روش‌های سم‌زدایی طی فرآیند مواد غذایی اهمیت دارد. کوانتوم‌دات‌ها ‍‎ب‍‍ا‍ استفاده از ی‍ک منبع برانگیختگی ‍‍‌‎ب‍ا طول‌موج منفرد تحریک‌شده و پیک‌های نشری متفاوتی را ارائه می دهند. در این تحقیق یک حسگر جدید بر اساس بیوکونژوگه شامل نانو کریستال‌های نیمه‌هادی کوانتوم دات و آنتی‌بادی ضد سیترینین با بکار بردن سیستم FRET(Fluorescence Resonance Energy Transfer)، برای تعیین میزان سموم سیترینین بکار گرفته شد. نانو کریستال‌های نیمه‌هادی یا کوانتوم‌دات‌ها (CdTe,CdTe/CdS)، با استفاده از روش رفلاکس با احیاء پودر تلوریوم و تحت جریان گاز ازت در آزمایشگاه سنتز شد. شدت فلورسانس کوانتوم دات‌ها با استفاده از دستگاه اسپکتروفلوریمتری تعیین گردید. فعالیت آنتی‌بادی در نانوبیوکونژوگه نیز توسط دستگاه اسپکتروفلوریمتری سنجیده شد. سپس کونژوگه سیترینین-آلبومین نیز به ترکیب فلورسانس رودامین123 متصل ‌شد که این واکنش ایمنولوژیکی با میل ترکیبی بالا بین آنتی‌بادی ضدسیترینین-کوانتوم‌دات(دهنده) و لیبل سیترینین-رودامین123(گیرنده) به‌عنوان فلوروفوراستفاده می‌شود. بعد از اضافه کردن محلول نانوبیوکونژوگه به داخل کووت که حاوی مقدار معینی بافر فسفات است، سیترینین با غلظت‌های مختلف به آن اضافه شد و بعد از چند دقیقه تغییرات درشدت فلورسانس کوانتوم دات مشاهده گردید. کاهش منظم شدت فلورسانس با افزایش غلظت سیترینین به دست آمد. با توجه به آثار جمعی که مایکوتوکسین‌ها بر سلامتی انسان و حیوان دارند تعیین میزان آلودگی مواد غذایی به مایکوتوکسین‌ها ازجمله سیترینین با استفاده از نانوبیوسنسورها به‌عنوان یک روش اختصاصی که ناشی از بکار بردن آنتی‌بادی مونوکلونال در آن است، عملکرد بهتری دارد. این نانوبیوسنسور طراحی‌شده برخلاف روش‌های معمولی مثل ELISA و HPLC به‌صورت هموژن، ساده، سریع، و ارزان‌اند و نیاز به مراحل جداسازی یا شستشوی زیاد ندارد.

چکیده انگلیسی:

Citrinine is a nephrotoxic metabolite that damages the kidneys in animals. Therefore, the development of detoxification methods during the food process is important. Quantum devices, using a single source of excitation, are excited by individual wavelengths and produce different emission peaks. In this study, a new bioconjugation-based sensor consisting of quantum dot semiconductor nanocrystals and anti-citrinin antibody was used to determine the amount of citrinin toxins using the FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) system. Semiconductor nanocrystals or quantum materials (CdTe, CdTe / CdS) were synthesized in the laboratory using reflux method by reducing tellurium powder under a stream of nitrogen gas. The fluorescence intensity of quantum data was determined using a spectrofluorimetric device. Antibody activity in nanobioconjugate was also measured by spectrofluorimetry. The citrinin-albumin conjugate was then attached to the fluorescence compound rhodamine 123, which is a highly affinity immunological reaction between the anti-citrinin-quantum antibody (donor) and the citrinin-rhodamine 123 (receptor) label used as fluorophora. After adding the nanobioconjugated solution to the cuvette, which contains a certain amount of phosphate buffer, citrinin was added to it in different concentrations, and after a few minutes, changes in the intensity of quantum dot fluorescence were observed. A regular decrease in fluorescence intensity was obtained by increasing the citrinin concentration. Due to the collective effects of mycotoxins on human and animal health, it is better to determine the extent of food contamination with mycotoxins, including citrinin, using nanobiosensors as a specific method that results from the use of monoclonal antibodies. Unlike conventional methods such as ELISA and HPLC, these designed nanobiosensors are homogeneous, simple, fast, and inexpensive and do not require much separation or rinsing.

منابع و مأخذ:

1. 
   
   
   
   1. Richard JL. Some major mycotoxins and their mycotoxicoses—An overview. International journal of food microbiology. 2007 Oct 20;119(1-2):3-10.
   
   
   
   
   
   
   2. Zain ME. Impact of mycotoxins on humans and animals. Journal of Saudi chemical society. 2011 Apr 1;15(2):129-44.
   
   
   3. Corrier DE. Mycotoxicosis: mechanisms of immunosuppression. Veterinary immunology and immunopathology. 1991 Nov 1;30(1):73-87.
   
   
   4. Hollinger K, Ekperigin HE. Mycotoxicosis in food producing animals. Veterinary Clinics of North America: Food Animal Practice. 1999 Mar 1;15(1):133-65.
   
   
   5. Koukouvinos G, Karachaliou CE, Kanioura A, Tsougeni K, Livaniou E, Kakabakos SE, Petrou PS. Fluorescence Enhancement on Silver-Plated Plasma Micro-Nanostructured 3D Polymeric Microarray Substrates for Multiplex Mycotoxin Detection. Processes. 2021 Feb;9(2):392.
   
   
   6. Flajs D, Peraica M. Toxicological properties of citrinin. Archives of Industrial Hygiene and Toxicology. 2009 Dec 1;60(4):457-64.
   
   
   7. Föllmann W, Behm C, Degen GH. Toxicity of the mycotoxin citrinin and its metabolite dihydrocitrinone and of mixtures of citrinin and ochratoxin A in vitro. Archives of Toxicology. 2014 May 1;88(5):1097-107.
   
   
   8. Xu Y, Xiong L, Li Y, Xiong Y, Tu Z, Fu J, Tang X. Citrinin detection using phage-displayed anti-idiotypic single-domain antibody for antigen mimicry. Food chemistry. 2015 Jun 15;177:97-101.
   
   
   9. Oliveira IS, da Silva Junior AG, de Andrade CA, Oliveira MD. Biosensors for early detection of fungi spoilage and toxigenic and mycotoxins in food. Current Opinion in Food Science. 2019 Oct 1;29:64-79.
   
   
   10. Jacak L, Hawrylak P, Wojs A. Quantum dots. Springer Science & Business Media; 2013 Jun 29.
   
   
   11. Woggon U. Optical properties of semiconductor quantum dots. Berlin: Springer; 1997 Jan 1.
   
   
   12. Wang Y, Hu A. Carbon quantum dots: synthesis, properties and applications. Journal of Materials Chemistry C. 2014;2(34):6921-39.
   
   
   13. Ding L, Fang Y. Chemically assembled monolayers of fluorophores as chemical sensing materials. Chemical Society Reviews. 2010;39(11):4258-73.
   
   
   14. Li N, Lei F, Xu D, Li Y, Liu J, Shi Y. One-step synthesis of N, P Co-doped orange carbon quantum dots with novel optical properties for bio-imaging. Optical Materials. 2021 Jan 1;111:110618.
   
   
   15. Zhu X, Li Z, Hu G, Li J, Xiang B. The effects of various molecular weight of passivator on the photoluminescence properties of graphene quantum dots. Materials Chemistry and Physics. 2021 Jan;258:123922.
   
   
   16. Anfossi L, Giovannoli C, Baggiani C. Mycotoxin detection. Current opinion in biotechnology. 2016 Feb 1;37:120-6.
   
   
   17. Oplatowska-Stachowiak M, Reiring C, Sajic N, Haasnoot W, Brabet C, Campbell K, Elliott CT, Salden M. Development and in-house validation of a rapid and simple to use ELISA for the detection and measurement of the mycotoxin sterigmatocystin. Analytical and bioanalytical chemistry. 2018 May;410(12):3017-23.
   
   
   18. Turner NW, Subrahmanyam S, Piletsky SA. Analytical methods for determination of mycotoxins: a review. Analytica chimica acta. 2009 Jan 26;632(2):168-80.
   
   
   19. Zhou S, Xu L, Kuang H, Xiao J, Xu C. Immunoassays for rapid mycotoxin detection: state of the art. Analyst. 2020;145(22):7088-102.
   
   
   20. van der Gaag B, Spath S, Dietrich H, Stigter E, Boonzaaijer G, van Osenbruggen T, Koopal K. Biosensors and multiple mycotoxin analysis. Food Control. 2003 Jun 1;14(4):251-4.
   
   
   21. Safarpour H, Safarnejad MR, Tabatabaei M, Mohsenifar A, Rad F, Basirat M, Shahryari F, Hasanzadeh F. Development of a quantum dots FRET-based biosensor for efficient detection of Polymyxa betae. Canadian Journal of Plant Pathology. 2012 Oct 1;34(4):507-15.
   
   
   22. Borghei YS, Hosseini M, Ganjali MR. Fluorometric determination of microRNA via FRET between silver nanoclusters and CdTe quantum dots. Microchimica Acta. 2017 Dec;184(12):4713-21.
   
   
   23. Wang RY, Wu J, Wang LJ, Wang R, Dou HJ. Spectrofluorometric determination of iron II based on the fluorescence quenching of cadmium/tellurium quantum dots. Spectroscopy Letters. 2014 Jul 3;47(6):439-45.
   
   
   24. Larson DR, Zipfel WR, Williams RM, Clark SW, Bruchez MP, Wise FW, Webb WW. Water-soluble quantum dots for multiphoton fluorescence imaging in vivo. Science. 2003 May 30;300(5624):1434-6.
   
   
   25. Zhong H, Zhu W, Yan Z, Xu C, Wei B, Wang H. A quantum dot-based fluorescence sensing platform for the efficient and sensitive monitoring of collagen self-assembly. New Journal of Chemistry. 2020;44(26):11304-9.
   
   
   26. Peng X, Schlamp MC, Kadavanich AV, Alivisatos AP. Epitaxial growth of highly luminescent CdSe/CdS core/shell nanocrystals with photostability and electronic accessibility. Journal of the American Chemical Society. 1997 Jul 30;119(30):7019-29.
   
   
   27. Rosenthal SJ, Chang JC, Kovtun O, McBride JR, Tomlinson ID. Biocompatible quantum dots for biological applications. Chemistry & biology. 2011 Jan 28;18(1):10-24.
   
   
   28. Miao L, Han J, Zhang H, Zhao L, Si C, Zhang X, Hou C, Luo Q, Xu J, Liu J. Quantum-dot-induced self-assembly of cricoid protein for light harvesting. ACS nano. 2014 Apr 22;8(4):3743-51.
   
   
   29. Lodhi MS, Samra ZQ. Engineering Quantum Dot (Cadmium Sulfide) on Antibodies for Fluoroimmunoassays. Journal of Nanomaterials. 2020 Apr 21;2020.
   
   
   30. Chen W, Ahn S, Rangel C, Vazquez-Mena O. Implementation of Metallic Vertical Interconnect Access in Hybrid Intercalated Graphene/Quantum Dot Photodetector for Improved Charge Collection. Frontiers in Materials. 2019 Jul 15;6:159.