SARS-CoV-2 için nötralize IgG ve IgM antikorlarını aynı anda ölçebilen multipleks serolojik ve antikor nötralizasyon tahlillerinin geliştirilmesi için iki muhabirli okuma sağlayan boncuk bazlı çok katlı tahliller için bir akış analiz sistemi kullanılmıştır.
COVID-19 salgını, SARS-CoV-2 gibi yeni patojenlerle enfeksiyonun hassas ve spesifik serolojik tespiti için hızlı yüksek verimli yöntemlere duyulan ihtiyacın altını çizmektedir. Multipleks serolojik test özellikle yararlı olabilir, çünkü patojen kapsamını optimize eden birden fazla antijene karşı antikorları aynı anda analiz edebilir ve organizmada ve bireysel konak yanıtta değişkenlik kontrollerini yapabilir. Burada, üç büyük SARS-CoV-2 antijeni-başak (S) proteini, spike anjiyotensin dönüştürücü enzim-2 (ACE2) reseptör bağlayıcı etki alanı (RBD) ve nükleokapsid (Nc) için hem IgM hem de IgG antikorlarını tespit edebilen SARS-CoV-2 IgG 3-pleks floresan mikrokürebilgi bazlı bir test açıklıyoruz. Test, semptom başlangıcından itibaren ≥21 gün sonra elde edilen serumda IgG için SARS-CoV-2 referans testine benzer performansa sahip olduğu, ancak semptom başlangıcından itibaren ≤5 günde toplanan örneklerle daha yüksek hassasiyete sahip olduğu gösterilmiştir. Ayrıca nötralizasyon testi formatında çözünür ACE2 kullanılarak S ve RBD için antikor bağlanmasının inhibisyonu gösterilmiştir.
COVID-19 salgını, SARS-CoV-2 gibi yeni patojenlerin tanı ve gözetimi için kullanılabilecek hızlı, yüksek verimli, yüksek performanslı serolojik testleri hızla geliştirebilmenin ve uygulayabilmenin önemini vurgulamıştır. Multipleks serolojik test, organizmada değişkenlik ve enfeksiyona konak yanıtı için geniş patojen kapsamı ve kontrolleri sağlayan birden fazla antijene karşı antikorları aynı anda analiz edebildiği için bir pandemide son derece yararlı olabilir. Spike (S) proteinine karşı antikorları tespit edebilen sars-CoV-2 IgG 3Flex (3Flex), spike anjiyotensin dönüştürücü enzim-2 (ACE2) reseptör bağlayıcı etki alanı (RBD) ve SARS-CoV-2’nin nükleokapsit (Nc) olan çok katlı floresan boncuk bazlı bir testinin geliştirilmesi yakın zamanda bildirilmiştir1. 3Flex’in semptom başlangıcından itibaren ≥21 gün sonra elde edilen serum için referans SARS-CoV-2 IgG testine benzer performansa sahip olduğu, ancak semptom başlangıcından itibaren ≤5 günde toplanan örneklerle daha yüksek hassasiyete sahip olduğu gösterilmiştir. Ayrıca çözünür ACE2 kullanılarak S ve RBD antijenleri için nötralizasyon testi formatında antikor bağlanmasının inhibisyonu gösterilmiştir. Multipleks boncuk tabanlı teknoloji, çok katlı serolojik testler için kanıtlanmış bir teknoloji olarak yaygın olarak benimsenmiştir ve kısa sonuç alma süresi, küçük numune gereksinimleri ve azaltılmışişçilik2,3,4dahil olmak üzere büyük ölçekli tarama için belirgin avantajlara sahiptir.
Son zamanlarda, önceki çalışma1‘de gösterilen sistemin aynı yüksek pleks, yüksek aktarım hızı yeteneğini sağlayan yeni bir akış analizi aracı kullanılabilir hale geldi, ancak iki muhabir kanalının ek avantajıyla. İki floresan muhabir sinyalini tek bir reaksiyonda ölçme yeteneği, her örnek için analiz başına iki sonucun değerlendirilmesine izin verir ve genellikle ayrı reaksiyon kuyularında yapılması gereken isotyping uygulamaları için idealdir5. Çift muhabir yeteneği, her numune için örnek hacmi gereksinimlerinin yarısı kadar reaksiyon kuyusunda iki kat veri sağlar ve böylece tek muhabir sistemlerine göre açık bir avantaja sahiptir. Bu çalışma standart serolojik tahlil protokolünü detaylandırmaktadır ve nötralizasyon testine adaptasyonu açıklar. Ek olarak, bu rapor, sars-CoV-2 S, RBD ve Nc antijenlerine karşı hem IgG hem de IgM izotiplerinin nötralize edici antikorlarını aynı anda ölçmek için tek muhabir testinin çift muhabir serolojik testine ve daha sonra çift muhabir nötralizasyon testine dönüştürülmesini açıklar. Şekil 1’detahlil protokolüne görsel bir genel bakış sağlanmaktadır.
Bu çalışma, SARS-CoV-21tarafından enfeksiyona igg yanıtını nitel olarak değerlendiren çok katlı floresan mikroküreci test, 3Flex’in işlevselliğini genişletti. COVID-19 için birçok serolojik test tek bir antijen tespit ederken, bu test aynı anda S, RBD ve Nc antijenlerini değerlendirir ve bir iç antikor izotip kontrolüiçerir 7. Ek olarak, ACE2 SARS-CoV-2 nötralize edici antikor titrelerini tespit etmek için bir gösterge olarak kullanılır.
Multi-antijen tahlilleri, enfekte ve aşılanmış kişiler arasında bağışıklık yanıtlarını ayırt etmek için gelecekte özellikle yararlı olabilir. SARS-CoV-2 ile, sadece S ve RBD antikorları değerlendirilirse, bunun geçmişteki bir enfeksiyondan mı yoksa aşı antikor yanıtına mı bağlı olduğunu ayırt etmek imkansız olacaktır. Şu anda kullanılmakta olan aşıların hiçbiri Nc antijenini hedef almamaktadır, bu nedenle S / RBD ve Nc antijenlerini değerlendirerek, geçmiş viral enfeksiyonu (Nc- ve S / RBD-pozitif) bir aşılama yanıtından (yalnızca S / RBD pozitif) ayırt etmek mümkündür; Nc-negatif).
Mevcut çalışmada, 3Flex serolojik ve nötralizasyon tahlilleri (bölüm 5 ve 6) yeni bir çift muhabir akış analiz cihazına (bölüm 7 ve 8) aktarıldı. Boncuk bazlı multipleks tahlilleri için tipik immünoassay protokolleri, numune inkübasyonu, algılama antikor/ muhabir inkübasyonu ve sonuçların analizi için karşılaştırılabilir adımları izleyerek standart ELISA protokollerine benzer8. Önceki çalışmalar, standart ELISA testlerinin boncuk tabanlı çoklama platformuna nasıl aktarabileceğini degöstermiştir 9.
Test protokolleri, test örnekleri ve kontrolleri için elde edilen sonuçlarda gösterildiği gibi, selefi tek muhabir cihazından yeni çift muhabir sistemine sorunsuz bir şekilde aktarılabilir (Şekil 4 ve Şekil 5). Serolojik testte, tüm pozitif serum örnekleri hem daha yüksek bir numune seyreltme hem de daha düşük bir algılama antikor konsantrasyonuna karşılık gelen sinyalde karakteristik bir doza duyarlı düşüş gösterirken, negatif numunelerin sinyalleri arka plan seviyelerinde kaldı. Benzer şekilde, nötralizasyon tahlilleri için, S ve RBD için azalan sinyaller, ancak Nc değil, ACE2 rakibinin artan konsantrasyonlarına karşılık gelirken, IgG soyulmuş serum ACE2’nin eklenmesinden çok daha az etkilendi. Serum örneğinin eklenmesinden önce 2 dakika boyunca ACE2 ile boncukların önceden inkübe edilmesi (bölüm 6 ve 8’de açıklandığı gibi), boncukların aynı anda ACE2 ve serum ile birleştirilmesiyle karşılaştırıldı ve sonuçlarda çok az fark yarattı (veriler gösterilmedi). Bununla birlikte, boncuklar artı ACE2 ön kuluçka adımı ile elde edilen sonuçlar daha tutarlı olduğundan, nötralizasyon test protokolü için kabul edilen son prosedürdü (bölüm 6 ve 8).
çift muhabir sistemi ikinci bir floresan muhabir kanalı içerdiğinden, her iki test de hem IgG hem de IgM yanıtlarını aynı anda ölçmek için isotyping testlerine dönüştürüldü. Akış çözümleyicisinin çift muhabir işlevselliği, her örnek için çoklamadaki her bir analiz için iki muhabir algılama reaktifinden floresan sinyallerin toplanmasına izin verir ve bir testte örnek başına oluşturulan verileri etkili bir şekilde iki katına çıkarır. Çift muhabir tahlil protokollerinin geliştirilmesi ve optimizasyonu için, mevcut en iyi seçenekleri belirlemek için yeni RP2 kanalı(Şekil 7 ve Şekil 8)için piyasada bulunan birkaç muhabir boyası ve algılama antikoru değerlendirildi. DL 405 muhabir boyası ile konjuge edilen anti-IgM antikoru RP2 kanalında iyi performans göstermemiştir (Şekil 7), bu nedenle SASB’li biotin anti-IgG daha sonra RP2 kanalında tespit için değerlendirildi (Şekil 8). IgG ve IgM nötralize edici antikorların eşzamanlı olarak tespiti için en iyi performans gösteren kombinasyonları belirlemek için çift muhabir nötralizasyon testinde(Tablo 1 ve Şekil 9)RP1 ve RP2 algılama reaktiflerinin üç kombinasyonu karşılaştırıldı. PE-anti IgM kullanan RP1 kanalı ile DL 549 anti-IgM kullanan RP2 kanalı arasındaki sinyal yoğunluğunda önemli farklılıklar olsa da, ACE2 tarafından yüzde bağlayıcı inhibisyonun ölçümünde önemli bir fark yoktu.
Mevcut yöntem ve bu çalışmada çeşitli sınırlamalar kabul edilmektedir. İlk olarak, yöntem geliştirme ve optimizasyonunda test edilen ve kullanılan numuneler 8-11 örnek setleri ile sınırlıydı. Yöntemin tamamen optimize edildiğini doğrulamak için genişletilmiş çalışmalarda daha fazla örnek test edilecektir. İkinci olarak, sınırlı sayıda muhabir floroforu ve muhabir çifti test edildi. Mevcut tüm muhabirlerin olası tüm kombinasyonlarda daha fazla test edilmesi, bu yöntemde hangi reaktiflerin başarıyla kullanılabileceğini belirleyecektir. Biotin’e konjuge edilen anti-IgG antikoru, BV 421 muhabirine konjuge edilen anti-IgG antikorundan farklıydı. Yani, BV 421 anti-IgG için sinyal yoğunluğundaki değişkenlik mevcut olsa da, antikorun özgüllüğünden kaynaklanabilir ve muhabir boyasıyla ilgili olmayabilir. Mevcut diğer BV 421 konjuge antikorların test edilmesi, RP2 kanalında iyi performans gösteren başka bir antikor tanımlayabilir. Gelecekteki çalışmalar ayrıca PE anti-IgM’nin sırasıyla RP1 ve RP2’de tespit için BV 421 anti-insan IgG ile kombinasyonunu değerlendirecektir. Son olarak, cihazın çift muhabir yeteneğine rağmen, tahliller reaksiyon başına iki izotip (iki parametre) ile sınırlıdır. Ek izotipler ölçülecekse veya tam izotiyping isteniyorsa, aynı iki muhabir kanalını kullanan ek reaksiyonların ayrı kuyularda çalıştırılması gerekir.
Boncuk bazlı çoklama teknolojisi, rutin laboratuvar iş akışlarına kolay uygulama ile hızlı ve esnek tahlil tasarımı sağlar3,4,10. Bu çalışma, SARS-CoV-2 için daha önce tanımlanmış 3Flex serolojik ve nötralizasyon testlerinin, IgG’yi tek bir muhabirle veya hafif bir değişiklikle ölçmek için bir akış analiz sistemine aktarılmasındaki kolaylığı gösterdi, aynı anda iki muhabir kullanarak hem IgG hem de IgM yanıtlarını ölçtü. Çift muhabir seçeneği, tek muhabir platformlarına göre net avantajlara sahiptir, çünkü örnek hacminin yarısını ve reaksiyon kuyularının yarısını kullanarak örnek başına iki kat daha fazla veri sağlayabilir. Uygun muhabir boyaları ve algılama antikorları ile çift muhabir akış analiz cihazı üzerinde isotyping tahlilleri kolayca geliştirilebilir ve yapılabilir.
The authors have nothing to disclose.
Bu rapor Luminex Corporation (Austin, TX) tarafından finanse edildi. Yazarlar matthew Silverman PhD’ye (Biomedical Publishing Solutions, Delray Beach, FL) bilimsel düzenleme yardımı için teşekkür ediyor.
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 |