Se utilizó un sistema de análisis de flujo para ensayos multiplexados basados en perlas que proporciona una lectura de dos reporteros para el desarrollo de ensayos serológicos multiplex y de neutralización de anticuerpos que pueden medir simultáneamente anticuerpos IgG e IgM neutralizantes para SARS-CoV-2.
La pandemia de COVID-19 ha puesto de relieve la necesidad de métodos rápidos de alto rendimiento para la detección serológica sensible y específica de la infección por nuevos patógenos, como el SARS-CoV-2. Las pruebas serológicas multiplex pueden ser particularmente útiles porque pueden analizar simultáneamente anticuerpos contra múltiples antígenos que optimizan la cobertura de patógenos y controlan la variabilidad en el organismo y la respuesta individual del huésped. Aquí describimos un ensayo basado en microesferas fluorescentes IGG 3-plex del SARS-CoV-2 que puede detectar anticuerpos IgM e IgG contra tres antígenos principales del SARS-CoV-2: la proteína espiga (S), la enzima convertidora de angiotensina espiga-2 (ACE2) dominio de unión al receptor (RBD) y la nucleocápside (Nc). Se demostró que el ensayo tenía un rendimiento comparable a un ensayo de referencia del SARS-CoV-2 para IgG en suero obtenido a los ≥21 días desde el inicio de los síntomas, pero tuvo una mayor sensibilidad con muestras recolectadas a los ≤5 días desde el inicio de los síntomas. Además, utilizando ACE2 soluble en un formato de ensayo de neutralización, se demostró la inhibición de la unión a anticuerpos para S y RBD.
La pandemia de COVID-19 ha enfatizado la importancia de poder desarrollar e implementar rápidamente pruebas serológicas rápidas, de alto rendimiento y alto rendimiento que puedan usarse para el diagnóstico y la vigilancia de nuevos patógenos como el SARS-CoV-2. Las pruebas serológicas multiplex pueden ser extremadamente útiles en una pandemia, ya que pueden analizar simultáneamente anticuerpos contra múltiples antígenos, lo que proporciona una amplia cobertura de patógenos y controla la variabilidad en el organismo y la respuesta del huésped a la infección. Recientemente se informó del desarrollo de un ensayo multiplex basado en perlas fluorescentes, el dominio de unión al receptor (RBD) del SARS-CoV-2 IgG 3Flex (3Flex), que puede detectar anticuerpos contra la proteína espiga (S), el dominio de unión al receptor (RBD) de la enzima convertidora de angiotensina-2 (ACE2) y la nucleocápside (Nc) del SARS-CoV-21. Se demostró que 3Flex tenía un rendimiento comparable al de un ensayo de referencia de SARS-CoV-2 IgG para suero obtenido a los ≥21 días desde el inicio de los síntomas, pero tuvo una mayor sensibilidad con muestras recolectadas a los ≤5 días desde el inicio de los síntomas. Además, se demostró la inhibición de la unión a anticuerpos para los antígenos S y RBD utilizando ACE2 soluble en un formato de ensayo de neutralización. La tecnología basada en cuentas multiplex ha sido ampliamente adoptada como una tecnología probada para las pruebas serológicas multiplex y tiene claras ventajas para la detección a gran escala, incluido el corto tiempo hasta los resultados, los requisitos de muestras pequeñas y la reducción de la mano de obra2,3,4.
Recientemente, se ha puesto a disposición un nuevo instrumento de análisis de flujo que proporciona la misma capacidad de alto rendimiento y alto rendimiento del sistema demostrado en el trabajo anterior1,pero con el beneficio adicional de dos canales de reporteros. La capacidad de medir dos señales de reportero fluorescente en una sola reacción permite la evaluación de dos resultados por analito para cada muestra y es ideal para aplicaciones de isotipado, que normalmente deben realizarse en pozos de reacción separados5. La capacidad de doble reportero proporciona el doble de datos para cada muestra en la mitad de pozos de reacción con la mitad de los requisitos de volumen de muestra, y por lo tanto tiene una clara ventaja sobre los sistemas de un solo reportero. Este estudio detalla el protocolo estándar de ensayo serológico y describe la adaptación a un ensayo de neutralización. Además, este informe describe la conversión del ensayo de reportero único en un ensayo serológico de reportero dual y, posteriormente, un ensayo de neutralización de reportero dual, para medir simultáneamente anticuerpos neutralizantes de isotipos IgG e IgM contra los antígenos SARS-CoV-2 S, RBD y Nc. En la Figura 1se proporciona una visión general visual del protocolo de ensayo.
Este estudio amplió la funcionalidad de un ensayo de microesfera fluorescente multiplex, 3Flex, que evalúa cualitativamente la respuesta de IgG a la infección por SARS-CoV-21. Si bien muchos ensayos serológicos para COVID-19 detectan un solo antígeno, este ensayo evalúa simultáneamente los antígenos S, RBD y Nc, e incluye un control interno del isotipo deanticuerpos 7. Además, ACE2 se utiliza como indicador para detectar títulos de anticuerpos neutralizantes contra el SARS-CoV-2.
Los ensayos de múltiples antígenos pueden ser particularmente útiles en el futuro para discriminar las respuestas inmunes entre personas infectadas y vacunadas. Con el SARS-CoV-2, si solo se evalúan los anticuerpos S y RBD, sería imposible discernir si esto se debió a una infección pasada o a una respuesta de anticuerpos de vacunación. Ninguna de las vacunas que están actualmente en uso se dirige al antígeno Nc, por lo que al evaluar los antígenos S/RBD y Nc, es posible distinguir la infección viral pasada (Nc- y S/RBD-positiva) de una respuesta de vacunación (S/RBD-positiva solamente; Nc-negativo).
En el presente estudio, los ensayos serológicos y de neutralización 3Flex (secciones 5 y 6) se transfirieron a un nuevo instrumento de análisis de flujo de doble reportero (secciones 7 y 8). Los protocolos típicos de inmunoensayo para ensayos multiplex basados en perlas son similares a los protocolos ELISA estándar, siguiendo pasos comparables para la incubación de muestras, la incubación de anticuerpos de detección / reportero y el análisis de los resultados8. Estudios previos también han demostrado cómo los ensayos ELISA estándar se pueden transferir a una plataforma de multiplexación basada en cuentas9.
Los protocolos de ensayo podrían transferirse sin problemas del instrumento predecesor de un solo reportero al nuevo sistema de doble reportero, como lo demuestran los resultados obtenidos para las muestras de prueba y los controles(Figura 4 y Figura 5). En el ensayo serológico, todas las muestras de suero positivas demostraron una disminución característica de la señal sensible a la dosis correspondiente tanto a una mayor dilución de la muestra como a una menor concentración de anticuerpos de detección, mientras que las señales para las muestras negativas se mantuvieron en niveles de fondo. Del mismo modo, para el ensayo de neutralización, la disminución de las señales para S y RBD, pero no Nc, correspondió al aumento de las concentraciones del competidor ACE2, mientras que el suero eliminado de IgG se vio mucho menos afectado por la adición de ACE2. La preincubación de las perlas con ACE2 durante 2 min antes de la adición de la muestra sérica (como se describe en las secciones 6 y 8), también se comparó con la combinación de las perlas con ACE2 y suero al mismo tiempo y produjo poca diferencia en los resultados (datos no mostrados). Sin embargo, debido a que los resultados obtenidos con las perlas más la etapa de preincubación ACE2 fueron más consistentes, fue el procedimiento final adoptado para el protocolo de ensayo de neutralización (secciones 6 y 8).
Debido a que el sistema de reportero dual incorpora un segundo canal de reportero fluorescente, ambos ensayos se convirtieron en ensayos de isotipado para medir simultáneamente las respuestas IgG e IgM. La funcionalidad de doble reportero del analizador de flujo permite la recolección de señales fluorescentes de dos reactivos de detección de reportero para cada analito en el múltiplex para cada muestra, duplicando efectivamente los datos generados por muestra en un ensayo. Para el desarrollo y la optimización de los protocolos de ensayo de doble reportero, se evaluaron varios colorantes reporteros y anticuerpos de detección disponibles comercialmente para el nuevo canal RP2(Figura 7 y Figura 8)para determinar las mejores opciones disponibles. El anticuerpo anti-IgM conjugado con el colorante reportero DL 405 no tuvo un buen desempeño en el canal RP2 (Figura 7), por lo que la biotina anti-IgG con SASB fue posteriormente evaluada para su detección en el canal RP2 (Figura 8). Se compararon tres combinaciones de reactivos de detección RP1 y RP2 en el ensayo de neutralización de doble reportero(Tabla 1 y Figura 9)para determinar las combinaciones de mejor rendimiento para la detección simultánea de anticuerpos neutralizantes IgG e IgM. Si bien hubo diferencias significativas en la intensidad de la señal entre el canal RP1 usando PE-anti IgM y el canal RP2 usando DL 549 anti-IgM, no hubo diferencias significativas en la medición del porcentaje de inhibición de unión por ACE2.
Se reconocen varias limitaciones al método actual y a este estudio. En primer lugar, las muestras probadas y utilizadas en el desarrollo y optimización del método se limitaron a conjuntos de 8-11 muestras. Se analizarán más muestras en estudios ampliados para verificar que el método esté completamente optimizado. En segundo lugar, se probó un número limitado de fluoróforos reporteros y pares de reporteros. Las pruebas adicionales de todos los reporteros disponibles en todas las combinaciones posibles determinarán qué reactivos se pueden usar con éxito en este método. El anticuerpo anti-IgG conjugado a la biotina fue diferente del anticuerpo anti-IgG conjugado al reportero BV 421. Por lo tanto, aunque existía variabilidad en la intensidad de la señal para el BV 421 anti-IgG, podría deberse a la especificidad del anticuerpo y no estar relacionada con el tinte reportero. La prueba de otros anticuerpos conjugados con BV 421 disponibles puede identificar otro anticuerpo que funcionaría bien en el canal RP2. Los estudios futuros también evaluarán la combinación de PE anti-IgM con BV 421 anti-IgG humana para la detección en RP1 y RP2, respectivamente. Por último, incluso con la capacidad de doble reportero del instrumento, los ensayos se limitan a dos isotipos (dos parámetros) por reacción. Si se van a medir isotipos adicionales o se desea una isotipificación completa, entonces las reacciones adicionales utilizando los mismos dos canales de reportero tendrían que ejecutarse en pozos separados.
La tecnología de multiplexación basada en perlas permite un diseño de ensayo rápido y flexible con una fácil implementación en los flujos de trabajo rutinarios del laboratorio3,4,10. Este estudio demostró la facilidad de transferir los ensayos serológicos y de neutralización 3Flex descritos anteriormente para el SARS-CoV-2 a un sistema de análisis de flujo para medir IgG con un solo reportero, o con una ligera modificación, midiendo simultáneamente las respuestas igG e IgM utilizando dos reporteros. La opción de doble reportero tiene claras ventajas sobre las plataformas de un solo reportero porque puede proporcionar el doble de datos por muestra, utilizando la mitad del volumen de la muestra y en la mitad el número de pozos de reacción. Con los colorantes reporteros y anticuerpos de detección apropiados, los ensayos de isotipado se pueden desarrollar y realizar fácilmente en el instrumento de análisis de flujo de doble reportero.
The authors have nothing to disclose.
Este informe fue financiado por Luminex Corporation (Austin, TX). Los autores agradecen a Matthew Silverman PhD (Biomedical Publishing Solutions, Delray Beach, FL) por la asistencia de edición científica.
ACE2 (human) (rec.) | AdipoGen Life Sciences | AG-40B-0192-3050 | |
Biotin-SP (long spacer) AffiniPure Goat Anti-Human IgG, Fcγ fragment specific | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 109-065-098 | |
Bovine Serum Albumin | MilliporeSigma | A7888 | Sigma-Aldrich |
Branson 1800 Cleaner/water bath sonicator | Various | ||
Brilliant Violet 421 AffiniPure Donkey Anti-Human IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 709-675-149 | |
Corning 96-well Black Flat Bottom Polystyrene NBS Microplate | Corning | 3650 | |
Corning 96-well Microplate Aluminum Sealing Tape, Nonsterile | Corning | 6570 | |
DyLight 405 AffiniPure Goat Anti-Human IgM, Fc5μ fragment specific | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 109-475-043 | |
DyLight 549 AffiniPure F(ab')2 Goat Anti-Human IgM Fc5μ specific | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 109-506-129 | Discontinued but available from multiple vendors |
eBioscience Streptavidin Super Bright 436 Conjugate | ThermoFisher Scientific | 62-4317-82 | |
Fisherbrand Incubating Microplate Shaker | ThermoFisher Scientific | 02-217-757 | Fisher Scientific |
Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, PE | ThermoFisher Scientific | P-2771MP | |
Luminex Magnetic Plate Separator | Luminex Corporation | CN-0269-01 | |
MagPlex beads | Luminex Corporation | MC100XX-ID | |
PE AffiniPure F(ab')2 Goat Anti-Human IgM Fc5μ specific | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 109-116-129 | |
Phosphate Buffered Saline | MilliporeSigma | P3813 | Sigma-Aldrich |
SARS Nucleocapsid Protein Antibody | Novos Biologicals | NB100-56683 | Unconjugated, rabbit, polyclonal, Protein G purified |
SARS Nucleocapsid Protein Antibody | Novos Biologicals | NB100-56049 | Unconjugated, rabbit, polyclonal, Protein A purified |
SARS Spike Protein Antibody | Novos Biologicals | NB100-56047 | Unconjugated, rabbit, polyclonal, Protein G purified |
SARS Spike Protein Antibody | Novos Biologicals | NB100-56048 | Unconjugated, rabbit, polyclonal, Protein G purified |
SARS-CoV-2 (2019-nCoV) Spike S1 Antibody, Rabbit MAb | SinoBiological | 40150-R007 | |
Sodium Azide | MilliporeSigma | S2002 | Sigma-Aldrich |
Streptavidin, R-Phycoerythrin Conjugate (SAPE) | ThermoFisher Scientific | S21388 | premium grade |
Tube Revolver/ Rotator | ThermoFisher Scientific | 88881001 | |
TWEEN 20 | MilliporeSigma | P9416 | Sigma-Aldrich |
xMAP Antibody Couplng Kit | Luminex Corporation | 40-50016 | |
xMAP INTELLIFLEX DR-SE | Luminex Corporation | INTELLIFLEX-DRSE-RUO |