Application ofNanoparticle Technology:urinary antigen test forLyme diseaseApplication ofNanoparticle Technology:urinary antigen test forLyme disease
Alessandra Luchini, PhD
Center for Applied Proteomics and Molecular Medicine
George Mason University
Need for an Antigen TestNeed for an Antigen Test
An antigen test may have an higher level ofsensitivity and specificity for
1.Early stage disease,
2.Recurrent disease following therapy cessation, and
3.Disease that persists in the face of therapy
Current diagnostic testing for Lyme diseasemeasures the presence of antibodies in the bloodwhich react with Lyme bacteria antigens, butthese tests do not measure the Lyme antigenitself.
Need for an Antigen TestNeed for an Antigen Test
Serological tests use Enzyme Immunoassay (EIA) andWestern Blotting. The patient’s serum is incubated withcommercial bacterial antigen to detect antibodies in theserum which recognize the bacteria.
The drawbacks of serologic testing are false negativesin early stage disease (Clin Infect Dis. 2006;43(9):1089-134) and persistence of antibody titer even aftersuccessful treatment (JAMA. 1994;271(6):460-463).
 Serological testing alone has been found to only be 77%specific when coupled with symptomatic analysis (J ClinMicrobiol. 2005 43(10): 5080–5084).
Antigen Test:Open Questions and ChallengesAntigen Test:Open Questions and Challenges
Lyme antigens are bacterial proteins that may be shedin the plasma, urine, or joint fluid during active infection.
There are multiple antigen proteins associated with thespirochete. Although some studies have been done inanimal models and human tissues, it is unclear whichantigens are most diagnostic in the following diseasecategories:
1.Early stage disease
2.Failure of treatment
3.Chronic active disease, and
4.Successfully treated disease
Antigen Testing: Which Body Fluid?Antigen Testing: Which Body Fluid?
Antigen testing would be most useful if samplescould be collected at the time of tick exposure,and during the course of treatment.
Urine Antigen Test For this reason a Urine Antigen Test would beideal because it is non invasive.
Nevertheless, attempts at developing a reliableurine antigen test have failed because theantigen is
1.Very low in concentration; below the detectionlimits of the experimental immunoassays.1.Very low in concentration; below the detectionlimits of the experimental immunoassays.
2.Masked by interfering substances in the urine.2.Masked by interfering substances in the urine.
Nanoparticle-Enhanced Antigen TestNanoparticle-Enhanced Antigen Test
Nanoparticle technology can overcomelow abundance and interfering substancedrawbacks of previous antigen tests
1.Harvest and massively concentrate antigens whileprotecting the antigens against degradation
2.Excluded unwanted contaminants
AFM
nipam
nipam aac figs
Multiresponsive hydrogelsMultiresponsive hydrogels
CAPMMCAPMM
PrecipitationpolymerizationPrecipitationpolymerization
Initiator: ammoniumpersulfateInitiator: ammoniumpersulfate
Nitrogen atmosphere,70°C, hoursNitrogen atmosphere,70°C, hours
Davide Tamburro
PARTICLE ATTRIBUTESPARTICLE ATTRIBUTES
Particles can be produced inlarge quantities (gramquantities)Particles can be produced inlarge quantities (gramquantities)
Stored lyophilized and easilyreconstituted before useStored lyophilized and easilyreconstituted before use
Stable at room temperatureindefinitelyStable at room temperatureindefinitely
Low costLow cost
Uniform in size (~0.7 micron)Uniform in size (~0.7 micron)
High reproducibility amongbatchesHigh reproducibility amongbatches
Open structure3
Nanoparticle structureNanoparticle structure
Description: C:\Users\Alessandra\Documents\Papers\Dye particles\JACS\Resubmission\Pictures\strutture.tif
High affinity chemical baits covalently incorporatedinto hydrogel nanoparticle cores or shellsHigh affinity chemical baits covalently incorporatedinto hydrogel nanoparticle cores or shells
Description: Light scattering
Light scattering analysis of particlesfunctionalized with differentchemical baits. Hydrodynamicdiameter (DH) susceptible tochanges in temperature of thesolution
Organic reactive dyes used in cytology,allergy testing and fabric stainingOrganic reactive dyes used in cytology,allergy testing and fabric staining