כאן אנו מציגים את מבחנת שחרור המתווך, באמצעות קו תאי לוקמיה בוסופילי חולדה transfected עם קולטן IgE האנושי, כדי לדמות degranulation של תאים אפקטים שנצפו בדרך כלל בתגובות אלרגיות מסוג 1. שיטה זו חוקרת את הפעילות הביולוגית של אלרגנים באופן רגיש מאוד, ניתן לשחזור וניתן להתאמה אישית.
מגשר שחרור assays לנתח במבחנה אימונוגלובולין E (IgE)-בתיווך והפרשת מתווכים על ידי תאים אפקט, כגון תאי פין ובזופילים, על גירוי עם דילול סדרתי של אלרגנים putative. לכן, בדיקות אלה מייצגות כלי חיוני המחקה את תהליך degranulation in vivo, אשר מתרחשת על חשיפה לאלרגנים בחולים רגישים או בבדיקות דקירה בעור. בנוסף, הבדיקות האלה משמשות בדרך כלל כדי לחקור את הפוטנציאל האלרגני של חלבונים ואת התגובה של התגובה של המטופלים. להלן, אנו מתארים פרוטוקול פשוט של יומיים באמצעות קו תאי לוקמיה בוזופילי מונצח שהודבק ואנושי עם קולטן קרום הפלזמה של IgE בעל הזיקה הגבוהה האנושית (FcεRI). גרסה זו של בדיקת שחרור המתווך היא מערכת חזקה, רגישה ו ניתנת לשחזור במערכת מבוססת תאי הפריה ללא צורך לשתק את האנטיגן למטרישות מוצקות. הפרוטוקול מורכב מהצעדים הבאים: (1) השלמת ההונאה של סרה אנושית, (2) קצירה, זריעה וחוש פסיבי של התאים, (3) גירוי עם אנטיגן כדי לגרום לשחרור מתווך, ו -(4) מדידה של פעילות β-hexosaminidase כפונדקאית עבור מתווכים דלקתיים ששוחררו, כגון היסטמין. הבדיקה מייצגת כלי שימושי להערכת היכולת של אלרגן-IgE cross-linking כדי לעורר degranulation התא והוא יכול להיות מיושם כדי לתקנן תמציות אלרגן, להשוות את התגובה של חולים אלרגנים קלים או גדולים ותמציות אלרגניות (אבקה, קשקשי חתול, וכו ‘), כדי לחקור את העוצמה של הומולוגים אלרגנים, isoforms, ווריאנטים מתקפלים (למשל, היפואלרגניות), כמו גם את ההשפעות של ליגנדים על הפעילות האלרגנית. יישום עדכני יותר כולל את השימוש בבדיקה כדי לפקח על יעילות הטיפול במהלך אימונותרפיה של אלרגנים.
תגובות רגישות יתר מסוג I, המאופיינת בייצור אימונוגלובולין E (IgE) ספציפי לאנטיגן בהתאמה, משפיעות על כמעט שליש מאוכלוסיית העולם. תגובות אלה קשורות למספר ביטויים אלרגיים כגון אסטמה ודלקת קרנפים ויכולות אפילו להוביל לתגובות סכנת חיים מערכתית1. שלא כמו בבדיקות vivo, גישות אימונוכימיות, כגון בדיקת חיסונים הקשורה לאנזים (ELISA), מתאימות אך ורק לחקירת כריכת היעד של נוגדנים אך אינן מתייחסות להיבט התפקודי של חלבונים שיכולים לגרום לתגובות רגישות יתר מיידיות. חוסר ההשתתפות של האלרגנים על תמיכות מוצקות (למשל, צלחות ELISA) יכול לגרום לשינויים בשלמות המבנית שלהם ולהרס של אלרגיה רלוונטי epitopes2. אפילו בדיקות דקירת עור (SPT), הכלי הנפוץ ביותר לאישור רגישות נגד אלרגנים מסוימים, יש את הגבולות שלהם לגבי גילוי של אלרגיה למזון סימפטומטי בתיווך IgE או זמינות אלרגנים3,4. על מנת למצוא שיטה אתית, ספציפית מאוד, רגישה וחסכונית לבדיקת העוצמה הביולוגית של אלרגנים כדי לגרום לסוג שאני מגיבה לרגישות יתר, מה שנקרא בדיקות שחרור מתווך הוקמו.
העיקרון של בחינה זו מסתמך על אירועים בעקבות שלב הרגישות ואת היכולת הנלווית של IgE להיקשר לשרשרת α של קולטני הזיקה הגבוהה לידי ביטוי על פני השטח של תאים אפקטים, כגון תאי פין ובזופילים. IgE מיוצר בעיקר על ידי תאי פלזמה ברקמת הלימפה הקשורה לוע. למרות שזה אימונוגלובולין הכי פחות שופע (סביב 0.05% אצל אנשים שאינם אטופיים) בדם, יש לו פעילות ביולוגית גבוהה במיוחד להיות הגורם העיקרי לתסמינים אלרגיים. מחצית החיים של IgE יכול להגדיל מ 2-3 ימים למספר שבועות ואפילו חודשים כאשר מאוגדים הקולטנים שלה על תאים משפיעים. קשירה מאוחרת יותר של אנטיגן לאזור המשתנה של שתי מולקולות IgE הקשורות לקולטן מובילה לחיבור הצולב שלהן ואחריו אינדוקציה של מפל איתות במורד הזרם בתא האפקטיבי המוביל לפירוק ושחרור של מספר מתווכים פרו דלקתיים הגורמים להנדסת כלי וים, כגון היסטמין, פרוטאז סרין (למשל, טריפטאז) ופרוסטגלנדינים5,6,7. הפרשת ציטוקינים כגון אינטרלוקין 4 (IL-4) ו- IL-13 אחראים לתחזוקת תגובת T helper 2 (Th2) הדלקתית ולהחלפת תאי B לתאי פלזמה המייצרים IgE5,8,9. מצד שני, תרומבוקאן ששוחרר גורם לסימפונות, וליקוטרינים מעוררים התכווצות שרירים חלקה כמו גם דליפת כלי דם, וממלאים תפקיד מכריע בדלקת בדרכי הנשימה המובילה לאסתמה או נזלת אלרגית10,11.
הוקמו כלי מחקר לניתוח רוב המתווכים הנ”ל, אם כי עם כמה חסרונות משמעותיים. בדיקות טריפטאז הן גישות קליניות מתאימות למדידה של אנפילקסיס מערכתי באמצעות הפעלת תאי תורן, אך הרגישות והסיחודיות שלהם באבחנות אלרגיה אינן מדויקות מדי בהשוואה לשיטות תקן זהב כגון SPT. מצד שני, ציסטיניל לויקוטרין assays אינם מסוגלים לאבחן אלרגיות β לקטמים או תרופות נוגדות דלקת לא סטרואידליות12. פרוטוקולים למדידה של היסטמין כמתווך מרכזי שפורסם בתגובות אלרגיות כבר הוקמו בשנות השישים. לאחר ששוחרר בדם ההיקפי, היסטמין מושפל מיד על ידי היסטמין מתיל-טרנספראזס וכתוצאה מכך מחצית חיים פלזמה של רק כמה דקות, מה שהופך את הניתוח שלה מאתגר למדי13. מלבד חוסר היציבות שלה, ניטור של היסטמין הוכח יש ספציפיות נמוכה ורגישות לאלרגיות סמים, כמו גם חלבוני מזון מסחריים וארסי צפרה12.
מודלים במבחנה עם קווי תאים אפקט הוצגו כחלופה לנהלים עתירי עבודה של בידוד וטיפוח של בזופילים מחולים אלרגיים לבצע בדיקות שחרור. לכן, לוקמיה בסופילית חולדה- (RBL-) מבוסס אסאי באמצעות קו התא RBL-2H3 הוקם3. מאז קו תא זה אינו מסוגל מחייב IgE אנושי, זה היה הראשון transfected עם α, β, ושרשרת γ של קולטן פלזמה-קרום IgE האנושי (FcεRI). מספר שיבוטים נוצרו ונבדקו עבור רמות ביטוי והומוגניות של שרשרת α האנושית, אשר המשובט RBL-30/25 התגלה כמועמד המבטיח ביותר לבדיקת מבחנה. מפל האיתות שנגרם עם הפעלת הקולטן של השיבוט שהודבק נבדק באמצעות בדיקות גיוס סידן. כאינדיקטור לפירוק ולמחליף לשחרור היסטמין, נמדד האנזים ליסוסומולי β-הקסוסאמינידאז, שיש לו יתרון משמעותי של יציבות גבוהה יותר14. שחרור המגשר באמצעות תאי RBL-30/25 מגיע עד 100% ולכן, משמש לבדיקת סרה נגזר מחולים אלרגיים. בדיקת ה- Assay נבדקה לשחרור המתווך לאחר קריאת תיגר על תאים רגישים עם תמציות אלרגנים מסחריות. זה הוביל לממצא כי יש שונות עצומה בהרכב (של עד פי 60 לגבי תכולת החלבון הכוללת) של תמציות אלרגן נגזר יצרנים שונים ומשמשים לאבחון (למשל, SPT) או גישות טיפוליות3,15,16.
בזאת, אנו מספקים תיאור מפורט של פרוטוקול RBL כדי לבצע את בדיקת שחרור המגשר באמצעות סרום מתורמים אלרגיים. במהלך רגישות פסיבית, IgE בסרום נלכד על ידי קולטן FcεR1 זיקה גבוהה לידי ביטוי על פני השטח של התאים הבזופיליים. על אנטיגן גירוי, IgEs מאוגד ספציפי עבור אנטיגן הם מקושרים צולבים, מפעילים degranulation התא ואת שחרורו של המתווך β-hexosaminidase. הפעילות של β-hexosaminidase נמדדת לאחר מכן באמצעות מצע מתאים. עבור ההסתערות, נעשה שימוש בתאי huRBL-2H3, וכונו huRBL בפרוטוקול הבא. הפרוטוקול מתאר סדרת דילול אנטיגן סטנדרטית עם 8 שלבים מדוללים 1:10 החל 1 מיקרוגרם / מ”ל כדי 0.1 pg / mL של אלרגן.
ההפצה של המתווך מבוסס התא huRBL המתוארת להלן היא שיטה חזקה שניתן לבצע וליישם בקלות בכל מעבדה. הדרישה היחידה היא כי תאים צריכים להיות מעובדים בתנאים סטריליים. ה- assay משמש להערכת הסבירות של אלרגן או מקור אלרגני לעורר IgE-crosslinking של חולים degranulation בזופיל17. ניתן להתאים את בדיקת ההסתה בקלות לכל מקור אלרגן או אלרגני כל עוד הסרום של המטופל עם רמה גבוהה של IgE ספציפי, הכרה באלרגן של עניין, זמין. מומלץ לבצע בדיקות קיימא תא בנוסף לבדיקת שחרור המגשר על מנת להסביר את כל ההשפעות הציטוטוקסיות הפוטנציאליות שעלולות לגרום לביצועי בדיקות גרועים. ייתכן שהסיבה לכך היא אי-פעולה משלימה חלקית של הסרה או השפעות ציטוטוקסיות אחרות שמקורן בסרום. אפילו האנטיגן עצמו, למשל, בגלל פעילות פרוטאוליטית/אנזימטית, יכול לפגוע בתאי ה-huRBL. אנחנו בדרך כלל משתמשים בבדיקת כדאיות תאים עם MTT (3-(4,5-דימתילתיאזול-2-yl)-2,5-דיפנילטטרזוליום ברומיד) כדי להעריך השפעות ציטוטוקסיות פוטנציאליות. ניתן לבצע את ה- assay בקלות עם תאי ה- huRBL שנותרו לאחר איסוף והעברת סופרנט התא (ראה שלב 6.3 של הפרוטוקול). בהשוואה לשיטות אימונוכימיות אחרות, כגון ELISAs ו- western blotting, לקביעת הפוטנציאל האלרגני של אלרגנים בודדים או תמציות מורכבות המבוססות על כריכת אלרגן-IgE, בדיקה זו יכולה לזהות לא רק את הכריכה של IgE לאלרגן, אלא גם יכולה למדוד את הפונקציונליות של שניהם, IgE אנושי ואלרגן, כדי לעורר degranulation בזופיל בתיווך IgE18. לכן, זה יכול לסייע בחקר חומרת הסימפטומים האלרגיים ex vivo באמצעות סרה של חולים. הבדיקה מדווחת להיות עקבי ויעיל יותר מאשר בדיקות אנפילקסיס עורי פסיבי קלאסי מאז הבדיקה משתמשת בתאי RBL-2H3, אשר קל יחסית לטפל ולייצר פחות שונות בתוצאות לעומת תאים ראשוניים, כגון תאי פין או בזופילים אנושיים19,20. בנוסף לכך, הבחינה מספקת ייצוג טוב של הפעילות הביולוגית של אלרגנים ויכולה להעריך במדויק את סך תכולת האלרגנים במדגם מורכב נתון3. לפתרון בעיות בשלבים מסוימים בפרוטוקול, עיין בטבלה 1.
לגבי הישימות של גרסה זו של מגשר שחרור assay, זה שימש בעיקר למטרות מחקר, אלא גם עבור סטנדרטיזציה של תמציות אלרגניות המבוססות על הפעילות הביולוגית שלהם. זה כולל ניתוח של קבוצות שונות של פתרונות SPT, פתרון בדיקת פרובוקציה, כמו גם תמציות המשמשות אימונותרפיה ספציפית לאלרגנים; כפי שמוצג עבור אבקה, קשקשי חתול, קרדית אבק הבית, ותמציות בוטנים, כמו גם ארס דבורים3,17,21. הטכניקה יכולה להיות מיושמת במיוחד באבחון אלרגיות למזון, כפי שהוא יכול לזהות אפילו כמויות מינימליות של מרכיבים אלרגניים במוצרי מזון מורכבים כגון בוטנים, חלב, חיטה, וביצים22. בהקשר זה, הוא גם דווח ככלי בעל ערך להערכת אלרגניות של אלרגנים מזון מן החי, כגון tropomyosins, והוא יכול לסייע בהבחנה בין אלרגנים חזקים ללא אלרגנים23. ככלי מחקר, הבחינה משמשת כדי לחקור את ההשפעה של עיבוד מזון, כמו גם כדי להעריך את ההשפעה של מחייב ליגנד לאלרגנים והשפעתה על אלרגניות24,25. לדוגמה, הכריכה של Bet v 1 לליגנדים הוצגה כמי שלא משפיעה על קישור אלרגן-IgE, אם כי היא גרמה לעלייה ביציבות התרמית והפרוטולטית שלה25. ניתן להשתמש בבחינת ההסתייגות כדי להשוות את התגובה של המטופל לאלרגנים מינוריים וגדולים, כמו גם לחקור את התגובה הצולבת של הומולוגים ואיזופורמים של אלרגנים, כפי שמוצג בדוגמה שלנו באמצעות Bet v 1 ואלרגן המזון ההומולוגי Cor a 1 (איור 3). לגבי איזופורמים אלרגנים, מגשר שחרור assay שימש כדי לזהות את האלרגן העיקרי Amb 1.01 כמו isoform IgE-תגובתי החזק ביותר אבקה אצות(אמברוזיה artemisiifolia). לשם השוואה, שני איזופורמים האחרים שזוהו בתמציות אבקה אצות, אמב 1.02 ואמב 1.03, הראו תגובתיות מופחתת ל- IgE26של חולים .
בשנים האחרונות, הבחינה הוחלה לחקור תרכובות אנטי אלרגיות פוטנציאליות ווריאנטים היפואלרגניים חדשניים של אלרגנים, בסיוע בזיהוי מועמדים מתאימים לאימונותרפיה ספציפית לאלרגנים27,28. גישה חדשנית נוספת היא להשתמש בבדיקה כדי לפקח על יעילות הטיפול במהלך אימונותרפיה ספציפית לאלרגנים. בהקשר זה, קבוצת המחקר שלנו פיתחה מערכת עיכוב בדיקת huRBL, אשר בקורלציה היטב עם הפחתת ציון הסימפטומים של המטופל במהלך אימונותרפיה ספציפית לאלרגנים29. הבחינה הוצעה גם כדי ללמוד את ההשפעות החיסוניות של TGFβ1 על degranulation בתיווך IgE המושרה על ידי אלרגנים30.
המגבלות של בדיקת הם כי למרות תאי huRBL יש כמה תכונות של תאי פין או בזופילים, הם לא לגמרי לחקות את הפונקציה הטבעית של תאים אפקט אלה. לדוגמה, תאי פיסט מבטאים באופן נרחב את קולטן זיהוי התבנית קולטן אגרה 4 (TLR4), הנחוץ לזיהוי פתוגן, ואילו הוא חסר לחלוטין בתאי RBL-2H331. בשל הבדל זה בפונקציונליות, ההסתה אינה מחקה באופן מלא את המצב בחיים האמיתיים, אשר צריך לזכור בעת פרשנות הנתונים. בנוסף, מאז תאי huRBL הם תאים בזופיליים סרטניים, שינויים בתנאי תרבית פולחן ממושך יכול להוביל הבדלים פנוטיפיים המובילים לתוצאות משתנות בין מעבדות שונות20. היבט נוסף הוא הבחירה בריכוז אלרגנים שיש לקחת בחשבון בעת התאמת שיטה זו שכן ריכוזי אלרגנים גבוהים עלולים לגרום degranulation מיושר שאינו IgE בשל נוכחות של כמויות גבוהות של פרוטאזים או אנדוטוקסינים18. מגבלות אחרות הן התלות בסרה אנושית עם רמות IgE ספציפיות גבוהות יחסית (RAST class 5-6), והצורך במערכות תרבית תאים, שנותר מכשול שיש להתגבר עליו על מנת ליישם את הטכניקה בשגרה הקלינית היומיומית.
מלבד מגבלות אלה, ה- huRBL assay מייצג כלי מחקרי רב ערך לאבחון וטיפול במחלות אלרגיות וניתן להשתמש בו במגוון רחב של יישומים.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מבקשים להודות לפרופ’ ד”ר סטפן ויטס מהמחלקה לאלרגולוגיה מולקולרית, מכון פול-ארליך-סיסטט, לנגן, גרמניה, על אספקת תאי RBL אנושיים/FcεRI ועל שנתן את הסכמתו לכתוב מאמר מתודולוגיה מחקרי זה. אנו רוצים להודות לפרופ’ ד”ר פטימה פריירה על שסיפקה משוב מצוין. בנוסף, ברצוננו להודות לפרופ’ ד”ר רונלד ואן רי ולד”ר יאפ אכרדאס מהמחלקה לאימונולוגיה ניסיונית, המרכזים הרפואיים של אוניברסיטת אמסטרדם, מיקום AMC, אמסטרדם, הולנד, על שנתנו את הסכמתם לפרסם נתונים מייצגים המופיעים במאמר שיטות זה, אשר נוצרו במהלך הפרויקט BM4SIT – חידושים לאלרגיה (www.BM4SIT.eu). עבודת המחברים נתמכה על ידי קרן המדע האוסטרית (פרויקט P32189), על ידי אוניברסיטת זלצבורג עדיפות תוכנית מחקר אלרגיה-סרטן-BioNano, על ידי תוכנית הדוקטורט חסינות בסרטן ואלרגיה-ICA במימון קרן המדע האוסטרית (FWF W01213), ועל ידי פרויקט BM4SIT (מענק מספר 601763) מתוכנית המסגרת השביעית של האיחוד האירופי FP7.
4-Methylumbelliferyl N-acetyl-β-D-glucosaminide | Sigma | M2133 | |
96-well plate for huRBL cells (Nunc MicroWell 96-Well, Nunclon Delta-treated, flat-bottom microplate) | ThermoFisher Scientific | 167008 | |
96-well plate for substrate solution and cell supernatant (Greiner Bio-One non-treated 96-well microplates) | Fisher Scientific | 655101 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | 10735078001 | |
Citric acid | Applichem | 131018 | |
Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS without calcium and magnesium) | Sigma | D8537 | |
G418 | Sigma | A1720 | |
Glycine | Applichem | A3707 | |
Heat-inactivated fetal calf/bovine serum (FCSi) | Sigma | F0804 | |
L-Glutamine (200 mM) | Sigma | G7513 | |
Minimum Essential Medium Eagle with Alpha Modification, with ribonucleosides, deoxyribonucleosides and sodium bicarbonate, without L-glutamine, liquid, sterile-filtered, suitable for cell culture | Sigma | M8042 | |
Opti-MEM reduced serum medium, GlutaMAX supplement | Gibco/ThermoFisher Scientific | 51985034 | |
Penicillin-Streptomycin (10K units Pen. 10 mg/mL Strep.) | Sigma | P4333 | |
Sodium chloride (NaCl) | Applichem | A2942 | |
Sodium hydrogen carbonate (NaHCO3) | Applichem | 131638 | |
Triton X-100 | Sigma | X100 | |
Trypsin-EDTA | Sigma | 59418C | |
Tyrode’s salt | Sigma | T2145 |