Иммуночипы – современные средства специфической индикации патогенных биологических агентов

Основные моменты   Технология иммуночипов обеспечивает мультиплексную (одновременную) идентификацию широкого спектра патогенов и токсинов с высокой чувствительностью и скоростью анализа (1,5-2,0 часа). Ключевые преимущества технологии – возможность миниатюризации и автоматизации – определяют потенциал для создания нового поколения средств полевой биологической разведки. Актуальность. Оперативное выявление и идентификация биологических угроз является критической задачей для обеспечения безопасности войск. Существующие методы полевой индикации не обладают необходимой мультиплексностью и скоростью, что задерживает оценку обстановки и принятие решений. Цель исследования – анализ современных технологий мультианалитных иммуночипов и оценка перспективы их адаптации и применения для оснащения войск радиационной, химической и биологической (РХБ) защиты в аспекте повышения эффективности биологической разведки. Источниковая база исследования. Данные из открытых международных научных баз (Scopus, PubMed), публикаций в рецензируемых журналах, материалов конференций и патентных документов. Метод исследования. Систематический анализ и обобщение научно-технической информации по различным платформам иммуночипов (планарные, суспензионные, микрофлюидные) и принципы детекции (оптические, электрохимические). Результаты. Систематизированы характеристики современных иммуночиповых систем, способных обнаруживать возбудителей сибирской язвы, чумы, туляремии, ботулинические токсины, рицин и другие агенты с высокой чувствительностью (до 103 КОЕ/мл для бактерий, единицы нг/мл для токсинов). Заключение. Технология иммуночипов достигла уровня, пригодного для создания нового поколения средств полевой биологической разведки. Ее внедрение позволит осуществить переход к оперативному мультиплексному скринингу угроз, что кардинально повысит эффективность обороны войск РХБ защиты. Перспективным направлением является разработка унифицированных и адаптивных платформ. Практическая значимость работы. Результаты работы формируют основу для разработки перспективных образцов вооружения войск РХБ защиты: 1) мобильных многокомпонентных анализаторов для лабораторий на базе комплексов типа «Сыч»; 2) портативных детекторов для нештатных разведывательных групп; 3) стационарных автоматизированных постов для мониторинга воздуха на критически важных объектах. Внедрение подобных систем позволит радикально сократить время отбора и анализа проб, повысив оперативность и обоснованность решений по биологической защите войск.

1. Chang TW. Binding of cells to matrixes of distinct antibodies coated on solid surface. J Immunol Methods. 1983;65(1-2):217-23. https://doi.org/10.1016/0022-1759(83)90318-6

2. Ekins RP. Multi-analyte immunoassay. J Pharm Biomed Anal. 1989;7(2):155-68. https://doi.org/10.1016/0731-7085(89)80079-2

3. Drmanac R, Labat I, Brukner I, Crkvenjakov R. Sequencing of megabase plus DNA by hybridization: theory of the method. Genomics. 1989;4(2):114-28. https://doi.org/10.1016/0888-7543(89)90290-5

4. Ласточкина ОВ, Горелов ПВ. Биологические микрочипы – новый уровень лабораторных исследований. Аналитика. 2017;36(5):76-8. https://doi.org/10.22184/2227-572X.2017.36.5.76.86

5. Шпилевая МВ, Рунина АВ, Филиппова МА, Кубанов АА. Сравнение иммуночипов для диагностики сифилиса, выполненных по технологии сополимеризацонной иммобилизации и методом бесконтактной печати. Клиническая лабораторная диагностика. 2020;65(1):16-23. https://doi.org/10.18821/0869-2084-2020-65-1-16-23

6. Кулакова ИИ, Лисичкин ГВ. Биосенсоры на основе графеновых наноматериалов. Вестн. Моск. ун-та. 2022;63(6):375-94.

7. Gandhi M. Modelling Prospects of Bio-Electrochemical Immunosensing Platforms. Electrochem. 2024;5(2):146-161. https://doi.org/10.3390/electrochem5020010

8. Kondzior M, Grabowska I. Antibody-Electroactive Probe Conjugates Based Electrochemical Immunosensors. Sensors (Basel). 2020;20(7):2014. https://doi.org/10.3390/s20072014

9. Kourti D, Angelopoulou M, Petrou P, Kakabakos S. Optical Immunosensors for Bacteria Detection in Food Matrices. Chemosensors. 2023;11(8):430. https://doi.org/10.3390/chemosensors11080430

10. Singh АК, Mittal S, Das М, Saharia A, Tiwari M. Optical biosensors: a decade in review. Alexandria Engineering Journal. 2023;67:673-91. https://doi.org/10.1016/j.aej.2022.12.040

11. Pohanka M. Immunosensors for Assay of Toxic Biological Warfare Agents. Biosensors. 2023;13(3):402. https://doi.org/10.3390/bios13030402

12. Katey B, Voiculescu I, Penkova AN, Untaroiu A. ASME Open J. Engineering. 2023;2:020201. https://doi.org/10.1115/1.4063500

13. Naresh V, Lee N. A Review on Biosensors and Recent Development of Nanostructured Materials-Enabled Biosensors. Sensors (Basel). 2021;21(4):1109. https://doi.org/10.3390/s21041109

14. Polat EO, Cetin MM, Tabak AF, Bilget Güven E, Uysal BÖ, Arsan T, et al. Transducer Technologies for Biosensors and Their Wearable Applications. Biosensors. 2022;12(6):385. https://doi.org/10.3390/bios12060385

15. Schulz K, Pöhlmann C, Dietrich R, Märtlbauer E, Elßner T. An Electrochemical Fiveplex Biochip Assay Based on Anti-Idiotypic Antibodies for Fast On-Site Detection of Bioterrorism Relevant Low Molecular Weight Toxins. Toxins (Basel). 2019;11(12):696. https://doi.org/10.3390/toxins11120696

16. Pöhlmann С, Bellanger L, Drevinek M, Elßner T. Multiplex Detection of Biothreat Agents Using an Automated Electrochemical ELISA Platform. Procedia Technology. 2017;27:104-5. https://doi.org/10.1016/j.protcy.2017.04.045

17. Никитин МЮ, Кацалуха ВВ, Щелгачев ВВ. Мультиплексные системы анализа: перспективы использования для диагностики инфекционных заболеваний. Военно-медицинский журнал. 2020;4:48-55.

18. Полтавченко АГ, Ерш АВ, Филатов ПВ, Ушкаленко НД. Мультиплексный дот-иммуноанализ в диагностике инфекционных заболеваний. Чебоксары: Издательский дом «Среда»; 2022. 224 с.

19. Шалаев ПВ, Бондина ЕВ, Санькова НН, Пархомчук ЕВ, Долгушин СА. Синтез и экспериментальное исследование жидких дисперсий магнитных флуоресцентных полистирольных микросфер. Конденсированные среды и межфазные границы. 2021;23(1):108–121. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3312

20. Mi F, Hu C, Wang Y, Wang L, Peng F, Geng P, Guan M. Recent advancements in microfluidic chip biosensor detection of foodborne pathogenic bacteria: a review. Anal Bioanal Chem. 2022;414(9):2883-902. https://doi.org/10.1007/s00216-021-03872-w

21. Açıkgöz HN, Karaman A, Şahin MA, Çaylan ÖR, Büke GC, Yıldırım E, et al. Assessment of silicon, glass, FR4, PDMS and PMMA as a chip material for acoustic particle/cell manipulation in microfluidics. Ultrasonics. 2023;129:106911. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2022.106911

22. Wang S, Guan X, Sun S. Microfluidic Biosensors: Enabling Advanced Disease Detection. Sensors. 2025;25(6):1936. https://doi.org/10.3390/s25061936

23. Pattanayak P, Singh SK, Gulati M, Vishwas S, Kapoor B, Chellappan DK, et al. Microfluidic chips: recent advances, critical strategies in design, applications and future perspectives. Microfluid Nanofluidics. 2021;25(12):99. https://doi.org/10.1007/s10404-021-02502-2

24. Zhang J, Ma C, Du Y, Huang J, Xue L. Microfluidic biosensors for rapid detection of foodborne pathogenic bacteria: recent advances and future perspectives. Front Chem. 2025;13:1536928. https://doi.org/10.3389/fchem.2025.1536928

25. Германчук ВГ, Уткин ДВ, Щербакова СА. Анализ современных методов и средств экспрессной индикации токсинов. Проблемы особо опасных инфекций. 2012;2(112):51-4. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2012-2(112)

26. Грядунов ДА, Шаскольский БЛ, Наседкина ТВ, Рубина AЮ, Заседателев AС. Технология гидрогелевых биочипов ИМБ РАН: 30 лет спустя. Acta Naturae. 2018;10(4):4-18. https://doi.org/10.32607/20758251-2018-10-4-4-18

27. Бекман НИ, Помелова ВГ, Осин НС. Мультиплексный анализ наркотических средств на основе технологии иммуночипов Фосфан. Клиническая лабораторная диагностика. 2018;63(3):178-83. http://dx.doi.org/10.18821/0869-2084-2018-63-3-178-183

28. Осин НС, Бекман НИ, Помелова ВГ, Гранцева НХ. Способ многоаналитного иммуноанализа. RU 2593787; 2016.

29. Терновой ВА, Семенцова АВ, Чуб ЕВ, Пьянков ОВ, Локтев ВБ, Агафонов АП. Высокоэффективное xMAP-мультиплексирование для обнаружения и идентификации геморрагических лихорадок, включая Эбола. Проблемы особо опасных инфекций. 2015;(3):94-7.

30. Pauly D, Kirchner S, Stoermann B, Schreiber T, Kaulfuss S, Schade R, et al. Simultaneous quantification of five bacterial and plant toxins from complex matrices using a multiplexed fluorescent magnetic suspension assay. Analyst. 2009;134(10):2028-39. https://doi.org/10.1039/b911525k

31. Bai X, Hu C, Chen L, Wang J, Li Y, Wan W, et al. A Self-Driven Microfluidic Chip for Ricin and Abrin Detection. Sensors (Basel). 2022; 22(9):3461. https://doi.org/10.3390/s22093461

32. Pöhlmann C, Elßner T. Multiplex Immunoassay Techniques for On-Site Detection of Security Sensitive Toxins. Toxins (Basel). 2020;12(11):727. https://doi.org/10.3390/toxins12110727

33. Gehring AG, Brewster JD, He Y, Irwin PL, Paoli GC, Simons T, et al. Antibody Microarray for E. coli O157:H7 and Shiga Toxin in Microtiter Plates. Sensors. 2015;15(12):30429-42. https://doi.org/10.3390/s151229807

34. Soares RR, Novo P, Azevedo AM, Fernandes P, Aires-Barros MR, Chu V, et al. On-chip sample preparation and analyte quantification using a microfluidic aqueous two-phase extraction coupled with an immunoassay. Lab. Chip. 2014;14(21):4284-94. https://doi.org/10.1039/c4lc00695j

35. Нu H, Deng YJ, Zou J. Microfluidic smectite-polymer nanocomposite strip sensor for Aflatoxin detection. J IEEE Sens. 2013;13(5):1835-9. https://doi.org/10.1109/JSEN.2013.2242057

36. Nolan P, Auer S, Spehar A, Oplatowska-Stachowiak M, Campbell K. Evaluation of Mass Sensitive Micro Array biosensors for their feasibility in multiplex detection of low molecular weight toxins using mycotoxins as model compounds. Talanta. 2021;222:121521. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121521

37. Braun SD, Müller E, Frankenfeld K, Gary D, Monecke S, Ehricht R. A Proof-of-Concept Protein Microarray Based Approach for Serotyping of Salmonella enterica Strains. Pathogens. 2024;13(5):355. https://doi.org/10.3390/pathogens13050355

38. Hormsombut T, Mekjinda N, Kalasin S, Surareungchai W, Rijiravanich P. Mesoporous Silica Nanoparticles Enhanced Microarray Technology for Highly Sensitive Simultaneous Detection of Multiplex Foodborne Pathogens. ACS Appl Bio Mater. 2024;7(4):2367-2377. https://doi.org/10.1021/acsabm.4c00005

39. Wang B, Park B, Chen J, He X. Rapid and Label-Free Immunosensing of Shiga Toxin Subtypes with Surface Plasmon Resonance Imaging. Toxins (Basel). 2020;12(5):280. https://doi.org/10.3390/toxins12050280

40. Sforza ML, Petronella F, De Biase D, Zaccagnini F, Lim S.I, Butt UA, et al. Cascade structured plasmonic liquid crystal biosensor for the rapid detection of harmful bacteria dispersed in potable water. Adv. Sens. Res. 2024;3(8):2300201. https://doi.org/10.1002/adsr.202300201

41. Zhang J, Ma C, Du Y, Huang J, Xue L. Microfluidic biosensors for rapid detection of foodborne pathogenic bacteria: recent advances and future perspectives. Front Chem. 2025;13:1536928. https://doi.org/10.3389/fchem.2025.1536928

42. Schulz K, Pöhlmann C, Dietrich R, Märtlbauer E, Elßner T. Electrochemical Biochip Assays Based on Anti-idiotypic Antibodies for Rapid and Automated On-Site Detection of Low Molecular Weight Toxins. Front Chem. 2019;7:31. https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00031

43. Pöhlmann C, Elßner T. Multiplex Immunoassay Techniques for On-Site Detection of Security Sensitive Toxins. Toxins (Basel). 2020;12(11):727. https://doi.org/10.3390/toxins12110727

44. Adunphatcharaphon S, Kolawole O, Sooksimuang T, Panchan W, Wasuthep W, Petdum A, et al. A multiplex microarray lateral flow immunoassay device for simultaneous determination of five mycotoxins in rice. NPJ Sci Food. 2024;8(1):116. https://doi.org/10.1038/s41538-024-00342-2

45. Zhang X, Wang Z, Fang Y, Sun R, Cao T, Paudyal N, et al. Antibody Microarray Immunoassay for Simultaneous Quantification of Multiple Mycotoxins in Corn Samples. Toxins. 2018;10(10):415. https://doi.org/10.3390/toxins10100415