npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562925010233VIQHINnpe-562Research ArticleМедицинская физика и биофизикаMedical Physics and BiophysicsДИЗАЙН ОПТИЧЕСКИ КОДИРОВАННЫХ МИКРОСФЕР РАЗЛИЧНЫХ ДИАМЕТРОВ ДЛЯ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ПРОТОЧНОЙ ЦИТОМЕТРИИDESIGN OF OPTICALLY ENCODED MICROSPHERES OF DIFFERENT DIAMETERS FOR MULTIPARAMETRIC FLOW CYTOMETRYСоколовМ. Д.SokolovM. D.ГерасимовичЕ. С.GerasimovichE. S.НабиевИ. Р.NabievI. R.СухановаА. В.SukhanovaA. V.Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”; Университет Реймса Шампань-АрденныРоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Université de Reims Champagne-ArdenneRussian FederationУниверситет Реймса Шампань-АрденныРоссияUniversité de Reims Champagne-ArdenneRussian Federation202526122025165721727Copyright © Соколов М.Д., Герасимович Е.С., Набиев И.Р., Суханова А.В., 20252025Соколов М.Д., Герасимович Е.С., Набиев И.Р., Суханова А.В.Sokolov M.D., Gerasimovich E.S., Nabiev I.R., Sukhanova A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/562

Разработка инновационных методов флуоресцентной детекции на основе оптически кодированных микросфер разных цветов и размеров является актуальным направлением многопараметрической детекции и диагностики широкого круга заболеваний. Так, технология xMAP американской компании Luminex основана на использовании полистироловых микросфер, окрашенных двумя или тремя органическими флуорофорами в различных соотношениях, каждая из которых обладает уникальными спектральными характеристиками. Несмотря на способность детектировать до 80 белков или последовательностей ДНК в одной тестовой системе, необходимость использования специального оборудования только этой компании для мультиплексного анализа и характерные недостатки органических флуорофоров (большой Стоксовый сдвиг, фотовыцветание при лазерном возбуждении) ограничивают применения этой технологии. Целями настоящего исследования были дизайн и создание микросфер, кодированных полупроволниковыми квантовыми точками. Карбоксилированные меламин-формальдегидные микросферы двух размеров были оптически кодированы квантовыми точками двух цветов, иммобилизованых на поверхности микросфер методом послойной адсорбции противоположно заряженных полиэлектролитов. В результате были получены шесть популяций микросфер, имеющих разные размеры и/или уникальные оптические коды, обладающие стабильностью и гомогенностью в водных растворах в течение длительного времени. Анализ полученных микросфер методами динамического светорассеяния, эпифлуоресцентной микроскопии и проточной цитометрии показал их пригодность для многопараметрического анализа. При этом, использование для оптического кодирования квантовых точек позволило исключить фотодеградацию сигнала и обеспечило возможность возбуждения всех популяций одной и той же длиной волны излучения при эффективном разделении сигналов от микросфер в разных каналах стандартного проточного цитометра.

The development of innovative fluorescence detection methods based on optically encoded microspheres of different colors and sizes is an important direction of multiparameter detection and diagnostics of a wide range of diseases. Thus, the xMAP technology of the American company Luminex is based on the use of polystyrene microspheres colored with two or three organic fluorophores in different ratios, each of which has unique spectral characteristics. Despite the ability to detect up to 80 proteins or DNA sequences in a single test system, the need to use special equipment only from this company for multiplex analysis and the characteristic disadvantages of organic fluorophores (large Stokes shift, photo-bleaching under laser excitation) limit the application of this technology. The objectives of the present study consisted of the design and fabrication of microspheres encoded with semiconducting quantum dots. Carboxylated melamine-formaldehyde microspheres of two sizes were optically encoded with quantum dots of two colors immobilized on the surface of the microspheres by layer-by-layer adsorption of oppositely charged polyelectrolytes. As a result, six populations of microspheres with different sizes and/or unique optical codes were obtained with stability and homogeneity in aqueous solutions for a long time. Analysis of the obtained microspheres by dynamic light scattering, epifluorescence microscopy and flow cytometry methods showed their suitability for multiparameter analysis. At the same time, the use of quantum dots for optical encoding made it possible to exclude photodegradation of the signal and provided the possibility of excitation of all populations by the same wavelength of radiation with effective separation of signals from microspheres in different channels of a standard flow cytometer.

микросферыквантовые точкифлуоресценциямногопараметрический анализпроточная цитометриядиагностикаmicrospheresquantum dotsfluorescencemultiparametric analysisflow cytometrydiagnosticsReferencesHuang H.-J. et al. // Front. Immunol. 2021. V. 11. P. 594978.Huang H.-J. et al. // Front. Immunol. 2021. V. 11. P. 594978.Marques de Figueiredo A. et al. // Exp. Biol. Med. 2022. V. 247. P. 1852.Marques de Figueiredo A. et al. // Exp. Biol. Med. 2022. V. 247. P. 1852.Diasorin, xMAP Technology: The world’s most used multiplexing technology. https://int.diasorin.com/en/luminex-ltg/xmap-technology.Diasorin, xMAP Technology: The world’s most used multiplexing technology. https://int.diasorin.com/en/luminex-ltg/xmap-technology.Kleymenov D.A. et al. // Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 2341.Kleymenov D.A. et al. // Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 2341.Kang J.H. et al. // Methods. 2012. V. 56 (4). P. 484.Kang J.H. et al. // Methods. 2012. V. 56 (4). P. 484.Brazhnik K. et al. // Nanomedicine. 2015. V. 11 (5). P. 1065.Brazhnik K. et al. // Nanomedicine. 2015. V. 11 (5). P. 1065.Bilan R. et al. // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 1.Bilan R. et al. // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 1.Han M. et al. // Nat. Biotecnol. 2001. V. 19. P. 631.Han M. et al. // Nat. Biotecnol. 2001. V. 19. P. 631.Wang G. et al. // ACS Nano. 2013. V. 7 (1). P. 471.Wang G. et al. // ACS Nano. 2013. V. 7 (1). P. 471.Song T. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6 (4). P. 2745.Song T. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6 (4). P. 2745.Sukhanova A., Nabiev I. // Crit. Rev. Oncol. Hematol. 2008. V. 68 (1). P. 39.Sukhanova A., Nabiev I. // Crit. Rev. Oncol. Hematol. 2008. V. 68 (1). P. 39.Cao Y.C. et al. // Anal. Biochem. 2006. V. 351 (2). P. 193.Cao Y.C. et al. // Anal. Biochem. 2006. V. 351 (2). P. 193.Fournier-Bidoz S. et al. // Angew. Chem. 2008. V. 47 (30). P. 5577.Fournier-Bidoz S. et al. // Angew. Chem. 2008. V. 47 (30). P. 5577.Berestovoy M.A. et al. // J. Phys. 2017. V. 784. P. 1.Berestovoy M.A. et al. // J. Phys. 2017. V. 784. P. 1.Bilan R.S. et al. // Chem. Phys. Chem. 2017. V. 18 (8). P. 970.Bilan R.S. et al. // Chem. Phys. Chem. 2017. V. 18 (8). P. 970.

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