Summary

Kraal gebaseerd Multiplex Assay voor analyse van Tear Cytokine profielen

Published: October 13, 2017
doi:

Summary

Analyse van de traanfilm cytokines helpt bij het bestuderen van verschillende oogbeschadigingen en/of ziekten. Kraal gebaseerd multiplex assays zijn eenvoudig en gevoelige en activeer het testen van meerdere doelen in monsters met kleine volumes. Hier beschrijven we een protocol voor scheur film cytokine profielen met behulp van een kraal gebaseerd multiplex assay.

Abstract

Traanfilm is een complex mengsel van lipiden, eiwitten en mineralen, die betrekking heeft op het buitenoppervlak van het oog, waardoor smering, voeding en bescherming aan de onderliggende cellen. Analyse van tranen is een opkomende gebied voor de identificatie van biomarkers voor de voorspelling, diagnose en prognose voor verschillende oogbeschadigingen en/of ziekten. Tranen zijn gemakkelijk te bereiken en hun collectie is niet-invasief. Daarom zijn oprukkende technologieën wint aan bekendheid voor de identificatie van meerdere analyten in tranen te bestuderen van de veranderingen in de samenstelling van het eiwit of metaboliet en haar connectie met pathologische condities. Scheur cytokines zijn ideale biomarkers voor de gezondheid van de oculaire oppervlakte bestuderen en ook helpen bij het begrijpen van de mechanismen van de verschillende oogbeschadigingen en/of oppervlakte stoornissen zoals droge oogziekte en vernal conjunctivitis. Kraal gebaseerd multiplex assays hebben de mogelijkheid voor het opsporen van meerdere analyten in een kleine hoeveelheid monster met een hogere gevoeligheid. Hier beschrijven we een gestandaardiseerd protocol voor scheur sample collectie, extractie en analyse van cytokine profielen met behulp van een kraal op basis van multiplex assay.

Introduction

Tranen worden geproduceerd door de traanklier en accessoire klieren en jas van de buitenkant van het oog. Traanfilm bestaat uit een buitenste lipide-laag en een waterige binnenlaag die oplosbare eiwitten bevat, mucinen en membraan gebonden mucinen. Tranen voorkomen van microbiële invasie, voedingsstoffen te verstrekken en geven smering aan de oculaire oppervlakte. Tranen fungeren als intermediair tussen de lucht en weefsel voor zuurstoftransport naar het hoornvlies. 1 traanfilm is samengesteld uit eiwitten, koolhydraten, lipiden en elektrolyten. De associatie tussen scheur eiwitten met oogbeschadigingen en/of en systemische ziekten zoals glaucoom, droge oogziekte, vernal conjunctivitis, diabetes mellitus, schildklier-geassocieerde orbitopathy en kanker is geconstateerd in verschillende studies. 2 , 3 , 4 scheur monsters kunnen worden genomen door microcapillary buizen of scheur stroom strips (Schirmer strips). Daarnaast is de Schirmertest een standaardprocedure in het hoornvlies en de refractieve chirurgie klinieken, waarvan de resultaten kunnen worden gebruikt voor de cytokine analyse tests uitgevoerd. Niet-invasieve sample collectie, toegankelijkheid van het bio-model, en de vereniging van scheur samenstelling met verschillende fysiologische en pathologische omstandigheden maken scheuren film een potentiële bron van biomarkers voor verschillende oogbeschadigingen en/of en systemische ziekten. 4 , 5 , 6

Scheur cytokines speelt een belangrijke rol bij het bestuderen van de oculaire oppervlakte gezondheid en inflammatoire voorwaarden van verschillende oogbeschadigingen en/of ziekten. 7 abnormale concentraties van verschillende cytokines in scheur monsters werden gemeld te worden geassocieerd met droge oogziekte, vernal keratoconjunctivitis (VKC), atopische keratoconjunctivitis (AKC), seizoensgebonden allergische conjunctivitis en uveitis. 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 scheur eiwitten kunnen door traditionele methoden als massaspectrometrie, het westelijke bevlekken en enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) worden geanalyseerd. 14 , 15 de beperkingen van deze methoden zijn echter slechte gevoeligheid en een grotere hoeveelheid monster nodig zijn voor de analyse van meerdere scheur cytokines in elke patiënt. 16 , 17 kraal gebaseerd multiplex assays zijn ontwikkeld om meerdere analyten in complex mengsel monsters te analyseren en met succes toegepast op scheuren monsters te analyseren van meerdere cytokines in verschillende ziekten. 6 , 18 A combinatie van sandwich-ELISA en stroom cytometry technieken kunnen deze testen worden gevoeliger dan ELISA voor de kwantificering van meerdere analyten in één sample. 19 deze methode kan worden toegepast op een verscheidenheid van klinische monsters en cel cultuur supernatant en helpt in de studie van de immuunrespons in meerdere pathofysiologische omstandigheden. 20 , 21 , 22 , 23 , 24

Er zijn verschillende studies vergelijken kraal gebaseerd multiplex testen met ELISA en hebben gemeld een correlatie tussen de methoden. Loo et al. vergeleken kraal gebaseerd multiplex assay met conventionele ELISA voor de opsporing van adiponectin, resistin, leptine en ghreline in menselijke specimens van serum of plasma en gemeld van een sterke correlatie (r > 0.9) tussen de testen. 25 Dupont et al. rapporteerde een sterke correlatie tussen kraal gebaseerd multiplex assays en ELISA voor de opsporing van IL-1β, IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IFN-ϒ en TNF-α in phytohemagglutinin en lipopolysaccharide gestimuleerd volbloed verzameld van zwangere vrouwen. 26 Pickering et al. rapporteerde een andere sterke correlatie tussen kraal gebaseerd multiplex assay en ELISA voor de opsporing van serum antilichamen tegen Haemophilus influenzae type b polysaccharide (r = 0,96), toxoids van Clostridium tetani (r = 0,96), en Corynebacterium diphtheriae (r = 0.91). 27 Biagini et al. rapporteerde een hoge positieve correlatie (r = 0.852) tussen kraal gebaseerd multiplex assay en ELISA voor de opsporing van Bacillus anthracis anti-PA IgG in serummonsters. 28 Wang et al. rapporteerde een correlatie tussen kraal gebaseerd multiplex assay en ELISA voor de opsporing van de ziekte van Alzheimer biomarkers amyloid-β 42 (r = 0.77), totale tau (r = 0.94), en tau phosphorylated op aminozuur 181 (r = 0.82) in monsters van de cerebrospinale vloeistof. 29 deze studies hebben aangetoond dat de toepasselijkheid van de kraal multiplex assays gebaseerd op diverse klinische monsters, kleinere steekproef volume eisen en een correlatie met standaard ELISA, waardoor kraal gebaseerd multiplex assays een veelbelovende alternatief voor de traditionele methoden van de ELISA voor de opsporing van meerdere analyten in verschillende soort monsters in andere ziekte fenotypen. Hier beschrijven we een gestandaardiseerd protocol voor kraal gebaseerd multiplex assay voor het cytokine profielen voor 41 analyten in scheur monsters verzameld van gezonde proefpersonen gebruik Schirmer strips.

Protocol

de protocollen die worden gebruikt in deze studie werden goedgekeurd door de board van de institutionele beoordeling van Tan Tock Seng ziekenhuis, Singapore. 1. scheur Cytokine analyse collectie van tranen: vragen het onderwerp te comfortabel zitten op de stoel van een onderzoek en zijn/haar hoofd tegen de hoofdsteun. Vraag het onderwerp opzoeken, zorgvuldig openen de Schirmer strips (gemaakt van het filtreerpapier Whatman nr. 41) en plaats het a…

Representative Results

Scheur monsters werden verzameld uit 8 ogen van 4 gezonde proefpersonen gebruik scheur stroom strips en cytokine niveaus werden geanalyseerd met behulp van het hierboven genoemde protocol. Alle onderwerpen zijn mannelijke en de leeftijd van de vier onderwerpen was 36, 42, 44 en 52 jaar respectievelijk. Oogbeschadigingen en/of oppervlakte gezondheid en droge ogen ziekte werd beoordeeld door klinische tests (scheur film breken tijd, Schirmer van test, hoornvlies verkleuring, conjunctivale k…

Discussion

Cytokines zijn kleine cellulaire secreted eiwitten en krachtige immuun modulatoren, regulering van de immuunrespons. 32 de expressieprofielen van diverse cytokinen in scheur monsters zijn gerelateerd aan verscheidene pathologische condities van het oog en studies over cytokine profielen helpen om te begrijpen van de mechanismen van de pathogenese van de ziekte, het vaststellen van oogbeschadigingen en/of gezondheid, Ernst van de ziekte, de diagnose en de progressie. 2

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Het onderzoekswerk werd gesteund door het centrum subsidie van Tan Tock Seng ziekenhuis gepersonaliseerd zaad financiering programma 2015; Singapore oog onderzoek instituut Pilot Grant en Tan Tock Seng ziekenhuis Pitch voor Fonds verlenen.

Materials

Milliplex MAP human cytokine / chemokine magnetic bead panel -1 kit Merck, USA HCYTOMAG-60K-41
Flexmap 3D luminex instrument  Luminex Corp, Austin, TX, USA
xPonent software  Luminex Corp, Austin, TX, USA
RBXGenerator software BIO-RAD, France
Bio-Plex Manager 6.1 BIO-RAD, France
Plate shaker Corning, USA
TECAN Microplate Washer Tecan, Switzerland HydroSpeed
Vortex Genie 2 Scientific Industries inc, USA G560E
Pipettes Mettler Toledo, CA, USA
1.5ml microcentrifuge tube Axygen, USA MCT-150-C
Schirmer tear flow test strip Eye Care and Cure, USA 101657
Flexmap 3D Calibration Kit Luminex Corp, Austin, TX, USA 40-028
Flexmap 3D Verfication Kit Luminex Corp, Austin, TX, USA 40-029
Ocular examination chair

References

  1. Conrady, C. D., Joos, Z. P., Patel, B. C. Review: The Lacrimal Gland and Its Role in Dry Eye. J Ophthalmol. 7542929, (2016).
  2. von Thun Und Hohenstein-Blaul, N., Funke, S., Grus, F. H. Tears as a source of biomarkers for ocular and systemic diseases. Exp Eye Res. , 126-137 (2013).
  3. Pieragostino, D., D’Alessandro, M., di Ioia, M., Di Ilio, C., Sacchetta, P., Del Boccio, P. Unraveling the molecular repertoire of tears as a source of biomarkers: beyond ocular diseases. Proteomics Clin Appl. 9 (1-2), 169-186 (2015).
  4. Azkargorta, M., Soria, J., Acera, A., Iloro, I., Elortza, F. Human tear proteomics and peptidomics in ophthalmology: Toward the translation of proteomic biomarkers into clinical practice. J Proteomics. 150, 359-367 (2017).
  5. Hagan, S., Martin, E., Enríquez-de-Salamanca, A. Tear fluid biomarkers in ocular and systemic disease: potential use for predictive, preventive and personalised medicine. EPMA J. 7, 15 (2016).
  6. Rentka, A., et al. Membrane array and multiplex bead analysis of tear cytokines in systemic sclerosis. Immunol Res. 64 (2), 619-626 (2016).
  7. Zhou, L., Beuerman, R. W. Tear analysis in ocular surface diseases. Prog Retin Eye Res. 31 (6), 527-550 (2012).
  8. Jackson, D. C., et al. Tear Interferon-Gamma as a Biomarker for Evaporative Dry Eye Disease. Invest Ophthalmol Vis Sci. 57 (11), 4824-4830 (2016).
  9. Agrawal, R., et al. A distinct cytokines profile in tear film of dry eye disease (DED) patients with HIV infection. Cytokine. 88, 77-84 (2016).
  10. Uchio, E., Ono, S. Y., Ikezawa, Z., Ohno, S. Tear levels of interferon-gamma, interleukin (IL) -2, IL-4 and IL-5 in patients with vernal keratoconjunctivitis, atopic keratoconjunctivitis and allergic conjunctivitis. Clin Exp Allergy. 30 (1), 103-109 (2000).
  11. Leonardi, A., Curnow, S. J., Zhan, H., Calder, V. L. Multiple cytokines in human tear specimens in seasonal and chronic allergic eye disease and in conjunctival fibroblast cultures. Clin Exp Allergy. 36 (6), 777-784 (2006).
  12. Enríquez-de-Salamanca, A., Calonge, M. Cytokines and chemokines in immune-based ocular surface inflammation. Expert Rev Clin Immunol. 4 (4), 457-467 (2008).
  13. Carreño, E., et al. Cytokine and chemokine tear levels in patients with uveitis. Acta Ophthalmol. , (2016).
  14. Bjerrum, K. B., Prause, J. U. Collection and concentration of tear proteins studied by SDS gel electrophoresis. Presentation of a new method with special reference to dry eye patients. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 232 (7), 402-405 (1994).
  15. Saijyothi, A. V., et al. Two dimensional electrophoretic analysis of human tears: collection method in dry eye syndrome. Electrophoresis. 31 (20), 3420-3427 (2010).
  16. Thakur, A., Willcox, M. D. Cytokine and lipid inflammatory mediator profile of human tears during contact lens associated inflammatory diseases. Exp Eye Res. 67 (1), 9-19 (1998).
  17. Wei, Y., Gadaria-Rathod, N., Epstein, S., Asbell, P. Tear cytokine profile as a noninvasive biomarker of inflammation for ocular surface diseases: standard operating procedures. Invest Ophthalmol Vis Sci. 54 (13), 8327-8336 (2013).
  18. Topcu-Yilmaz, P., et al. Determination of tear and serum inflammatory cytokines in patients with rosacea using multiplex bead technology. Ocul Immunol Inflamm. 21 (5), 351-359 (2013).
  19. Hagan, S., Tomlinson, A. Tear fluid biomarker profiling: a review of multiplex bead analysis. Ocul Surf. 11 (4), 219-235 (2013).
  20. Choi, R., et al. Serum inflammatory profiles in pulmonary tuberculosis and their association with treatment response. J Proteomics. 149, 23-30 (2016).
  21. Kang, J. H., Vanderstichele, H., Trojanowski, J. Q., Shaw, L. M. Simultaneous analysis of cerebrospinal fluid biomarkers using microsphere-based xMAP multiplex technology for early detection of Alzheimer’s disease. Methods. 56 (4), 484-493 (2012).
  22. Staples, E., Ingram, R. J., Atherton, J. C., Robinson, K. Optimising the quantification of cytokines present at low concentrations in small human mucosal tissue samples using Luminex assays. J Immunol Methods. 394 (1-2), 1-9 (2013).
  23. Inic-Kanada, A., et al. Comparison of ophthalmic sponges and extraction buffers for quantifying cytokine profiles in tears using Luminex technology. Mol Vis. 18, 2717-2725 (2012).
  24. Moncunill, G., Aponte, J. J., Nhabomba, A. J., Dobaño, C. Performance of multiplex commercial kits to quantify cytokine and chemokine responses in culture supernatants from Plasmodium falciparum stimulations. PLoS One. 8 (1), e52587 (2013).
  25. Loo, B. M., Marniemi, J., Jula, A. Evaluation of multiplex immunoassays, used for determination of adiponectin, resistin, leptin, and ghrelin from human blood samples, in comparison to ELISA assays. Scand J Clin Lab Invest. 71 (3), 221-226 (2011).
  26. Dupont, N. C., Wang, K., Wadhwa, P. D., Culhane, J. F., Nelson, E. L. Validation and comparison of luminex multiplex cytokine analysis kits with ELISA: determinations of a panel of nine cytokines in clinical sample culture supernatants. J Reprod Immunol. 66 (2), 175-191 (2005).
  27. Pickering, J. W., Martins, T. B., Schroder, M. C., Hill, H. R. Comparison of a multiplex flow cytometric assay with enzyme-linked immunosorbent assay for auantitation of antibodies to tetanus, diphtheria, and Haemophilus influenzae Type b. Clin Diagn Lab Immunol. 9 (4), 872-876 (2002).
  28. Biagini, R. E., Sammons, D. L., Smith, J. P., MacKenzie, B. A., Striley, C. A., et al. Comparison of a multiplexed fluorescent covalent microsphere immunoassay and an enzyme-linked immunosorbent assay for measurement of human immunoglobulin G antibodies to anthrax toxins. Clin Diagn Lab Immunol. 11 (1), 50-55 (2004).
  29. Wang, L. S., Leung, Y. Y., Chang, S. K., Leight, S., Knapik-Czajka, M., et al. Comparison of xMAP and ELISA assays for detecting cerebrospinal fluid biomarkers of Alzheimer’s disease. J Alzheimers Dis. 31 (2), 439-445 (2012).
  30. Kalsow, C. M., Reindel, W. T., Merchea, M. M., Bateman, K. M., Barr, J. T. Tear cytokine response to multipurpose solutions for contact lenses. Clin Ophthalmol. 7, 1291-1302 (2013).
  31. . The definition and classification of dry eye disease: report of the Definition and Classification Subcommittee of the International Dry Eye WorkShop (2007). The ocular surface. 5 (2), 75-92 (2007).
  32. Stenger, S., Röllinghoff, M. Role of cytokines in the innate immune response to intracellular pathogens. Ann Rheum Dis. 60, (2001).
  33. Li, S., et al. Antibody protein array analysis of the tear film cytokines. Optom Vis Sci. 85 (8), 653-660 (2008).
  34. Tighe, O., Negm, I., Todd, L., Fairclough, Utility, reliability and reproducibility of immunoassay multiplex kits. Methods. 61 (1), 23-29 (2013).
  35. Dionne, K., Redfern, R. L., Nichols, J. J., Nichols, K. K. Analysis of tear inflammatory mediators: A comparison between the microarray and Luminex methods. Mol Vis. 22, 177-188 (2016).
  36. Sitaramamma, T., Shivaji, S., Rao, G. N. HPLC analysis of closed, open, and reflex eye tear proteins. Indian J Ophthalmol. 46 (4), 239-245 (1998).
  37. Saijyothi, A. V., et al. Two dimensional electrophoretic analysis of human tears: collection method in dry eye syndrome. Electrophoresis. 31 (20), 3420-3427 (2010).
  38. VanDerMeid, K. R., Su, S. P., Krenzer, K. L., Ward, K. W., Zhang, J. Z. A method to extract cytokines and matrix metalloproteinases from Schirmer strips and analyze using Luminex. Mol Vis. 17, 1056-1063 (2011).
  39. Khalifian, S., Raimondi, G., Brandacher, G. The use of luminex assays to measure cytokines. J Invest Dermatol. 135 (4), e31 (2015).
  40. Richens, J. L., Urbanowicz, R. A., Metcalf, R., Corne, J., O’Shea, P., Fairclough, L. Quantitative validation and comparison of multiplex cytokine kits. J Biomol Screen. 15 (5), 562-568 (2010).
  41. Berthoud, T. K., et al. Comparison of commercial kits to measure cytokine responses to Plasmodium falciparum by multiplex microsphere suspension array technology. Malar J. 10, 115 (2011).
  42. Boehm, N., Riechardt, A. I., Wiegand, M., Pfeiffer, N., Grus, F. H. Proinflammatory cytokine profiling of tears from dry eye patients by means of antibody microarrays. Invest Ophthalmol Vis Sci. 52 (10), 7725-7730 (2011).
  43. Sack, R., Conradi, L., Beaton, A., Sathe, S., McNamara, N., Leonardi, A. Antibody array characterization of inflammatory mediators in allergic and normal tears in the open and closed eye environments. Exp Eye Res. 85 (4), 528-538 (2007).

Play Video

Cite This Article
Balne, P. K., AU, V. B., Tong, L., Ghosh, A., Agrawal, M., Connolly, J., Agrawal, R. Bead Based Multiplex Assay for Analysis of Tear Cytokine Profiles. J. Vis. Exp. (128), e55993, doi:10.3791/55993 (2017).

View Video