Evaluating the Binding Capacity of Streptavidin Magnetic Particles Using HPLC: Implications for Biotechnology and Nanomedicine
Streptavidin-functionalized magnetic particles (SAMP) are an indispensable tool in biotechnology and biomedical research due to their unique physicochemical properties and highly specific biochemical interactions. These particles enhance biomolecule analysis, immunoassays, diagnostics, and purificat...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine
2025
|
| Online Access: | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/331 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Microbiological Journal |
Institution
Microbiological Journal| _version_ | 1856543476057899008 |
|---|---|
| author | Sereda, O.V. Melnychuk, M.D. Yu, W. Spyrydonov, V.G. Середа, О.В. Мельничук, М.Д. Ю, В. Спиридонов, В.Г. |
| author_facet | Sereda, O.V. Melnychuk, M.D. Yu, W. Spyrydonov, V.G. Середа, О.В. Мельничук, М.Д. Ю, В. Спиридонов, В.Г. |
| author_sort | Sereda, O.V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-12-21T23:50:04Z |
| description | Streptavidin-functionalized magnetic particles (SAMP) are an indispensable tool in biotechnology and biomedical research due to their unique physicochemical properties and highly specific biochemical interactions. These particles enhance biomolecule analysis, immunoassays, diagnostics, and purification processes. Streptavidin, known for its high affinity for biotin, acts as an ideal biocompatible linker, facilitating precise biochemical manipulations. This study aimed to synthesize and characterize SAMP and evaluate their binding activity toward biotin using high-performance liquid chromatography (HPLC). Methods. Recombinant streptavidin was produced in E. coli, and magnetic particles with an iron oxide core and a silica shell were functionalized with amino and carboxyl groups for streptavidin conjugation. The synthesis involved activating carboxyl groups with N-hydroxysuccinimide (NHS) and N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC), followed by covalent coupling with streptavidin. Results. The resulting SAMP exhibited a hydrodynamic diameter of approximately 1 µm and a polydispersity index of around 26%, indicating a uniform size distribution. A previously undescribed direct method for evaluating streptavidin-biotin interactions by HPLC was used to determine the activity of SAMP. This method proved to be reliable and overcomes the limitations of indirect methods, such as the spectrophotometric assay using 4-hydroxyazobenzene-2′-carboxylic acid (HABA) dye. The binding capacity was estimated to be approximately 0.21 µg of free biotin per mg of particles. Comparative analysis showed that SAMP prepared with in-house streptavidin had higher activity (852 pmol/mg) compared to commercial streptavidin (683 pmol/mg). Conclusios. This research underscores the potential of SAMP for biomedical applications, including early diagnostics and personalized therapeutic approaches. The developed HPLC method offers a robust tool for assessing streptavidin-functionalized magnetic particle activity, advancing biotechnology and nanomedicine. |
| first_indexed | 2026-02-08T08:01:02Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-331 |
| institution | Microbiological Journal |
| language | English |
| last_indexed | 2026-02-08T08:01:02Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-3312025-12-21T23:50:04Z Evaluating the Binding Capacity of Streptavidin Magnetic Particles Using HPLC: Implications for Biotechnology and Nanomedicine Оцінка зв'язуючої здатності стрептавідинових магнітних частинок за допомогою HPLC: значення для біотехнології та наномедицини Sereda, O.V. Melnychuk, M.D. Yu, W. Spyrydonov, V.G. Середа, О.В. Мельничук, М.Д. Ю, В. Спиридонов, В.Г. streptavidin-functionalized magnetic particles biotin-binding activity HPLC nanomedicine biotechnology функціоналізовані стрептавідином магнітні частинки зв'язуюча активність біотину HPLC наномедицина біотехнологія Streptavidin-functionalized magnetic particles (SAMP) are an indispensable tool in biotechnology and biomedical research due to their unique physicochemical properties and highly specific biochemical interactions. These particles enhance biomolecule analysis, immunoassays, diagnostics, and purification processes. Streptavidin, known for its high affinity for biotin, acts as an ideal biocompatible linker, facilitating precise biochemical manipulations. This study aimed to synthesize and characterize SAMP and evaluate their binding activity toward biotin using high-performance liquid chromatography (HPLC). Methods. Recombinant streptavidin was produced in E. coli, and magnetic particles with an iron oxide core and a silica shell were functionalized with amino and carboxyl groups for streptavidin conjugation. The synthesis involved activating carboxyl groups with N-hydroxysuccinimide (NHS) and N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC), followed by covalent coupling with streptavidin. Results. The resulting SAMP exhibited a hydrodynamic diameter of approximately 1 µm and a polydispersity index of around 26%, indicating a uniform size distribution. A previously undescribed direct method for evaluating streptavidin-biotin interactions by HPLC was used to determine the activity of SAMP. This method proved to be reliable and overcomes the limitations of indirect methods, such as the spectrophotometric assay using 4-hydroxyazobenzene-2′-carboxylic acid (HABA) dye. The binding capacity was estimated to be approximately 0.21 µg of free biotin per mg of particles. Comparative analysis showed that SAMP prepared with in-house streptavidin had higher activity (852 pmol/mg) compared to commercial streptavidin (683 pmol/mg). Conclusios. This research underscores the potential of SAMP for biomedical applications, including early diagnostics and personalized therapeutic approaches. The developed HPLC method offers a robust tool for assessing streptavidin-functionalized magnetic particle activity, advancing biotechnology and nanomedicine. Функціоналізовані стрептавідином магнітні частинки (SAMP) є незамінним інструментoм у біотехнології та біомедичних дослідженнях завдяки їхнім унікальним фізико-хімічним властивостям та високо специфічним біохімічним взаємодіям. Ці частинки покращують аналіз біомолекул, імуноаналізи, діагностику та процеси очищення. Стрептавідин, відомий своєю високою афінністю до біотину, діє як ідеальний біосумісний ланцюг, що сприяє точним біохімічним маніпуляціям. Метою цього дослідження було синтезувати та охарактеризувати SAMP і оцінити їхню зв'язуючу активність до біотину за допомогою високоефективної рідинної хроматографії (HPLC). Методи. Рекомбінантний стрептавідин був отриманий в E. coli, а магнітні частинки з ядром оксиду заліза та силікагелевою оболонкою були функціоналізовані аміно- та карбоксильними групами для кон'югації стрептавідину. Синтез включав активацію карбоксильних груп N-гідроксисукцинімідом (NHS) та N,N'-діциклогексилкарбодіімідом (DCC), яка забезпечувала ковалентне зв'язування зі стрептавідином. Результати. Отримані SAMP мали гідродинамічний діаметр близько 1 мкм та індекс полідисперсності близько 26%, що свідчить про однорідний розподіл за розміром. Для визначення активності SAMP був застосований неописаний раніше прямий метод оцінки взаємодії стрептавідин-біотин за допомогою HPLC, який виявився надійним і дозволив усунути обмеження непрямих методів, таких як спектрофотометричний тест з використанням барвника 4-гідроксіазобензен-2′-карбонової кислоти (HABA). Зв'язуюча здатність була оцінена на рівні близько 0,21 µg вільного біотину на 1 мг частинок. Порівняльний аналіз показав, що SAMP, виготовлені з власним стрептавідином, мали більшу активність (852 пМоль/мг) порівняно з комерційним стрептавідином (683 пМоль/мг). Висновки. Це дослідження підкреслює потенціал SAMP для біомедичних застосувань, включаючи ранню діагностику та персоналізовані терапевтичні підходи. Розроблений авторами метод HPLC пропонує надійний інструмент для оцінки активності магнітних частинок, функціоналізованих стрептавідином, сприяючи розвитку біотехнології та наномедицини. PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine 2025-12-22 Article Article application/pdf https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/331 10.15407/ Mikrobiolohichnyi Zhurnal; Vol. 87 No. 5 (2025): Mikrobiolohichnyi Zhurnal; 75-85 Мікробіологічний журнал; Том 87 № 5 (2025): Мікробіологічний журнал; 75-85 2616-9258 1028-0987 10.15407/ en https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/331/146 Copyright (c) 2025 Mikrobiolohichnyi Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | Sereda, O.V. Melnychuk, M.D. Yu, W. Spyrydonov, V.G. Середа, О.В. Мельничук, М.Д. Ю, В. Спиридонов, В.Г. Evaluating the Binding Capacity of Streptavidin Magnetic Particles Using HPLC: Implications for Biotechnology and Nanomedicine |
| title | Evaluating the Binding Capacity of Streptavidin Magnetic Particles Using HPLC: Implications for Biotechnology and Nanomedicine |
| title_alt | Оцінка зв'язуючої здатності стрептавідинових магнітних частинок за допомогою HPLC: значення для біотехнології та наномедицини |
| title_full | Evaluating the Binding Capacity of Streptavidin Magnetic Particles Using HPLC: Implications for Biotechnology and Nanomedicine |
| title_fullStr | Evaluating the Binding Capacity of Streptavidin Magnetic Particles Using HPLC: Implications for Biotechnology and Nanomedicine |
| title_full_unstemmed | Evaluating the Binding Capacity of Streptavidin Magnetic Particles Using HPLC: Implications for Biotechnology and Nanomedicine |
| title_short | Evaluating the Binding Capacity of Streptavidin Magnetic Particles Using HPLC: Implications for Biotechnology and Nanomedicine |
| title_sort | evaluating the binding capacity of streptavidin magnetic particles using hplc: implications for biotechnology and nanomedicine |
| topic_facet | streptavidin-functionalized magnetic particles biotin-binding activity HPLC nanomedicine biotechnology функціоналізовані стрептавідином магнітні частинки зв'язуюча активність біотину HPLC наномедицина біотехнологія |
| url | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/331 |
| work_keys_str_mv | AT seredaov evaluatingthebindingcapacityofstreptavidinmagneticparticlesusinghplcimplicationsforbiotechnologyandnanomedicine AT melnychukmd evaluatingthebindingcapacityofstreptavidinmagneticparticlesusinghplcimplicationsforbiotechnologyandnanomedicine AT yuw evaluatingthebindingcapacityofstreptavidinmagneticparticlesusinghplcimplicationsforbiotechnologyandnanomedicine AT spyrydonovvg evaluatingthebindingcapacityofstreptavidinmagneticparticlesusinghplcimplicationsforbiotechnologyandnanomedicine AT seredaov evaluatingthebindingcapacityofstreptavidinmagneticparticlesusinghplcimplicationsforbiotechnologyandnanomedicine AT melʹničukmd evaluatingthebindingcapacityofstreptavidinmagneticparticlesusinghplcimplicationsforbiotechnologyandnanomedicine AT ûv evaluatingthebindingcapacityofstreptavidinmagneticparticlesusinghplcimplicationsforbiotechnologyandnanomedicine AT spiridonovvg evaluatingthebindingcapacityofstreptavidinmagneticparticlesusinghplcimplicationsforbiotechnologyandnanomedicine AT seredaov ocínkazvâzuûčoízdatnostístreptavídinovihmagnítnihčastinokzadopomogoûhplcznačennâdlâbíotehnologíítananomedicini AT melnychukmd ocínkazvâzuûčoízdatnostístreptavídinovihmagnítnihčastinokzadopomogoûhplcznačennâdlâbíotehnologíítananomedicini AT yuw ocínkazvâzuûčoízdatnostístreptavídinovihmagnítnihčastinokzadopomogoûhplcznačennâdlâbíotehnologíítananomedicini AT spyrydonovvg ocínkazvâzuûčoízdatnostístreptavídinovihmagnítnihčastinokzadopomogoûhplcznačennâdlâbíotehnologíítananomedicini AT seredaov ocínkazvâzuûčoízdatnostístreptavídinovihmagnítnihčastinokzadopomogoûhplcznačennâdlâbíotehnologíítananomedicini AT melʹničukmd ocínkazvâzuûčoízdatnostístreptavídinovihmagnítnihčastinokzadopomogoûhplcznačennâdlâbíotehnologíítananomedicini AT ûv ocínkazvâzuûčoízdatnostístreptavídinovihmagnítnihčastinokzadopomogoûhplcznačennâdlâbíotehnologíítananomedicini AT spiridonovvg ocínkazvâzuûčoízdatnostístreptavídinovihmagnítnihčastinokzadopomogoûhplcznačennâdlâbíotehnologíítananomedicini |