Здесь мы представляем протокол для описания разработки и проверки одной молекулы массив цифровых ИФА анализа, который позволяет ультра-чувствительных обнаружение всех подтипов ИФН α в образцах.
Основной целью настоящего Протокола является описание разработки и проверки интерферон (ИФН)-α одной молекулы массив цифровых твердофазный Assay иммуносорбента (ELISA) анализа. Эта система позволяет количественная оценка человеческого ИФН α белка с беспрецедентной чувствительностью и нет перекрестной реактивности для других видов ИФН.
Первый ключевой шаг протокола является выбор пары антитела, следуют спряжение захвата антитела парамагнитных бусин и biotinylation обнаружения антител. После этого шага можно изменять различные параметры, такие как Пробирной конфигурации, детектор концентрации антител и состав буфера до достижения оптимальной чувствительности. Наконец специфика и воспроизводимости метода оцениваются для обеспечения уверенности в результатах. Здесь мы разработали assay массив одной молекуле ИФН α с пределом обнаружения 0,69 fg/мл, используя высокоспецифичные аутоантител, изолированы от пациентов с biallelic мутации белка аутоиммунных регулятор (Эр), вызывая аутоиммунных polyendocrinopathy синдром типа 1/аутоиммунных polyendocrinopathy кандидоз эктодермы дистрофия (APS1/APECED). Важно отметить, что эти антитела включено обнаружение всех 13 подтипам ИФН α.
Эта новая методология позволяет обнаружения и количественного определения белка ИФН α в человека биологических пробах в концентрациях, attomolar в первый раз. Такой инструмент будет весьма полезным в мониторинге уровня этого цитокина в здоровье и болезни государства, большинство особенно инфекции, аутоиммунные заболевания и autoinflammation.
Тип я IFNs представляют собой семейство цитокинов, которые играют центральную роль в оркеструя противовирусное иммунных реакций. Они были впервые обнаружены Айзекс и Линденманн 60 лет назад,1,2 и это теперь известно что это гетерогенной семья полипептиды состоит из 14 различных подклассов (13 подтипам ИФН α и 1 IFN-β). Тип я IFNs важны для очистки вирусных инфекций, но также были вовлечены в патологии различных заболеваний человека государств, включая аутоиммунные расстройства системной красной волчанкой (СКВ), несовершеннолетних дерматомиозит (JDM), и тип Я interferonopathies в котором учредительный типа я ИФН индуцированной сигнализации приводит к патологии3,4,5,6,7.
Изучение типа ИФН белка уровнях в биологических образцах был сложным с ее первоначальной идентификации как «вмешательство вещество»1,2. В настоящее время сэндвич твердофазный Assay иммуносорбента (ELISA) является наиболее широко используемый метод для обнаружения ИФН α белка. Несмотря на то что конкретные, простой и быстрый, типа я ИФН ELISAs представляют важные ограничения, такие как Предельная чувствительность. Кроме того измерение всех подтипов ИФН α требует использования нескольких анализов с их собственный потенциал обнаружения и чувствительность. Хотя есть коммерческие ELISAs, которые обнаруживают различные подтипы ИФН-α, их чувствительность ограничен (1.95 пг/мл, 12,5 пг/мл и 12,5 пг/мл, соответственно) который часто является недостаточным для выявления белок Интерферон α в биологических образцах. Чтобы преодолеть это ограничение, несколько прокси биологических анализов были разработаны для количественного определения типа ИФН путем измерений индуцированных генных выражение или функциональную активность8,9,10,11, 12 , 13 , 14. Тем не менее, эти анализы не предоставляют прямого измерения ИФН α белка.
В этом исследовании одной молекулы массив цифровых ELISA технология была использована для разработки assay для обнаружения одного ИФН α белковых молекул. Цифровая ELISA использует же основной химии как обычные ELISA, однако, реакция происходит в массивах, состоящий из 50000 индивидуальных 46 размера femtoliter скважин15,16. Один белковых молекул захвачен антителами парамагнитных бусины и помечены биотинилированным обнаружения антител, а затем связывание фермента конъюгата, стрептавидина β-галактозидазы (SBG). Впоследствии бисер приостановлены с fluorogenic ферментов субстрат, resorufin-β-D-галактопиранозид (РГП), в одной молекула массивы. Уменьшая объем реакции 2 миллиарда раз17, высокая концентрация местных флуоресцентного сигнала достигается и одной молекулы рассчитывает стать возможным, поскольку каждая молекула генерирует сигнал, который теперь могут быть надежно измерены18. По существу массивы одной молекулы способны подсчета единого immunocomplexes и определяя среднее количество ферментов на шарик (AEB). Подсчет microwells, в котором обнаружен сигнал позволяет количественная оценка/цифровизации белковых молекул, как существует прямая корреляция между концентрацией белка и соотношение между immunocomplexed бисер и общее количество бусин, присутствующих в femtoliter размера камеры.
Юнг и др. провел исследование обширной оценки кросс платформенный, с использованием девяти различных технологий и четыре цитокина иммуноанализа с целью сравнения пробирного точность, чувствительность и корреляции данных через различные платформы19. Один из основных выводов этого исследования было, что одной молекулы массивы и одной молекулы, считая иммуноанализа представил высокая чувствительность для обнаружения цитокинов в сыворотке крови человека в диапазоне суб пг/мл, концентрация. Одной молекулы массив цифровых цитокина assays ELISA были использованы для изучения роли ФНО α и IL-6 в крона болезнь20, ИФН α в interferonopathy и 7аутоиммунное пациентам, и различные post-translationally изменение формы C-X-C мотив хемокиновых 10 (CXCL10) в хронический гепатит и здоровых доноров, получающих ситаглиптина21,22. Другие приложения включают в себя измерение родопсина у больных с диабетической ретинопатии23; исследование патологий мозга путем измерения сыворотки/плазмы neurofilament свет24 и амилоид β 1-42 пептид25в контексте рассеянного склероза и болезни Альцгеймера, соответственно. Одной молекулы массив анализов может использоваться также для улучшения возбудителя обнаружения таких характеристик ВИЧ вирусных водохранилище26, а также для обнаружения ДНК27 и микро РНК28. Основным преимуществом технологии одной молекулы массив является высокая универсальность, как assay против любого аналита интерес может быть разработан, при наличии пара специфическое антитело. Кроме того доморощенного наборы assay коммерчески доступных, позволяя развития новых анализов, протокол которого подробно описана в измененной форме ниже.
Здесь подробное описание шагов разработки и проверки для assay массив одной молекулы, результаты представлены в повышенной чувствительностью для обнаружения белок Интерферон α. Антитела для одной молекулы массив анализов должны быть весьма конкретными, избегая перекрестной реактивности с родственных белков (специфика видов, считается, если соответствующие). В идеале должны быть выбраны антитела с KD меньше, чем 10-9 M; высокое сродство обеспечивает прочное связывание с производством выше сигнала. Кинетика антитело антиген-связывая также являются важными и быстро Kна и медленным Kот будет пользу Ассамблеи комплекс антиген антитело. Начиная с антителом пару, которая имеет хорошую производительность в классической ИФА, с пределом обнаружения (LOD) 1-100 пг/мл, увеличивает шансы получения пробирного массив высокочувствительный одной молекулы. Чанг и коллеги выполнены детальные кинетические исследования биомолекулярного взаимодействия, происходящие в каждый шаг, предлагая набор уравнений, чтобы предсказать Аналитическая чувствительность18. Они показали, что одной молекулы массива цифровой ELISA, как представляется, быть эффективным в широком диапазоне сродства антител (KD ~ 10−11 – 10−9 М), а также что сигнал поколения больше зависит на стоимость таких антител.
Чтобы использовать высокое сродство антитела, мы воспользовались антител изолированы от больных с синдромом аутоиммунных polyendocrinopathy типа 1/аутоиммунных polyendocrinopathy кандидоз эктодермы дистрофия (APS1/APECED)29. По причинам, которые пока еще не поняты значительное большинство лиц, Эр недостаточным разработать основной набор высокого алчность антител против всех ИФН α подтипы29, и мы выбрали два клона антитела анти ИФН α дополнительные привязки работоспособностью для разных подтипов ИФН α, по оценкам IC50 значений. Сочетание этих уникальных высокоспецифичных антител с одной молекулы массив технологии позволили прямой количественной оценке ИФН α в концентрации attomolar (fg/мл). Такие сверхчувствительная Обнаружение белка ИФН α будет способствовать более глубокому пониманию природы, регулирование и биологического воздействия ИФН индуцированной ответа в настройках различных заболеваний.
Здесь мы описали, разработки и проверки цифровой массив ELISA высокую воспроизводимость, сверхчувствительная одной молекулы для прямого количественного определения белка ИФН α в образцах (шаги приведены в таблице 1). Одним из важнейших шагов в развитии assay является выбор антитела пара16, с характеристиками с точки зрения кинетики и epitope привязки является ключом к успешной assay. Важно избежать использования парных моноклональных антител, предназначенных же эпитоп или которые вызывают их пространственной препятствием. Поликлональные антитела могут использоваться как обнаружение антител для преодоления таких ограничений. Если на любом этапе не будет достигнуто желаемого чувствительность, следует рассмотреть дальнейшие возможности оптимизации. Это может включать использование альтернативных антитела пар, изменения в параметры, такие как тип протеина (например BSA < казеина), рН (6.0-8,5), ионной силы, буферной емкости (например, концентрации NaCl и фосфат), перевозчик бусы или присутствии ПАВ. Широкий спектр параметров con оптимизирован при разработке пробирного массив одной молекулы. Однако, в целом, условия, которые дают высокий сигнал: фон коэффициенты и минимальным LODs являются те предпочитали (см. рис. 1, рис. 2и рис. 3).
Что касается специфики, ИФН α assay показал, нет перекрестной реактивности для любых других IFNs испытания (β, γ, λ1, λ2, ω) (рис. 4a) и был способен обнаруживать все подтипы 13 ИФН α (рис. 4В). Однако assay показан ниже сродство для подтипа ИФН α2, (рис. 4b и Дополнительная таблица 4). Интересно, что разные чувствительности для различных классов ИФН α2 (a, b, c) также наблюдались, которые могут быть из-за различных производственных процедур или различных аминокислот, как подтип ИФН α2 были получены из различных коммерческих поставщиков. С этим единственным исключением все виды ИФН α дал очень похожи ответы. Специфика assay далее подтверждается предварительной обработки образцов с анти ИФН α клона, который отменил сигнал (рис. 6 и Дополнительная таблица 6).
Одним из главных преимуществ этой технологии является, что любой аналита интерес может быть целевой16. Кроме того могут быть проверены различные биологические образцы, такие как сыворотка, плазма, спинномозговой жидкости, сотовой лизатов, supernatants культуры31 и даже дыхание32. Обычно 1:3 Разведение плазмы производится во избежание потенциальных засорения анализатор массив одной молекулы. Однако аналита интерес может присутствовать при очень низких концентрациях в соответствующих биологических образцов и более высокие концентрации образца может быть необходимо (в зависимости от анализа чувствительности)33. Хотя существует потенциал для мультиплексирования при сохранении хорошей чувствительностью34, это более сложный процесс и анализов для измерения более чем 6 белков внутри те же эксперименты должны еще быть развитых35.
Способность выявлять и количественно цитокинов и другие биологические соответствующих белков при таких низких концентрациях открывает совершенно новый спектр приложений33,36. Хорошо известно, что многие белки оказывать свое действие даже при очень низких концентрациях, которые до сих пор были ниже предела обнаружения лучших ELISAs37. В то время как другие иммуноанализа технологии предлагают преимущества перед обычными ELISA19, мы демонстрируем здесь что одной молекулы массив цифровых ELISA является воспроизводимость и надежной платформой для сверхчувствительная обнаружения низкой концентрации цитокинов в образцах. Таким образом эта технология предлагает огромный потенциал для открытия биомаркеров и улучшение пациента управления широкого спектра заболеваний.
The authors have nothing to disclose.
DD и YJC отметить поддержку от НРУ (проект IFNX, нет. CE17001002) и ImmunoQure AG для предоставления моноклональных антител. Мы благодарим Brigitte Бадер-Менье, Наталия Беллон, Кристин Bodemer, Алекс Belot, Изабель мелки и Пьер Quartier за предоставление клинических образцов. YJC признает Европейский исследовательский совет (GA 309449: стипендий для YJC) и государственные субсидии по программе «Инвестиции для будущего», учитывая ссылку АНР-10-IAHU-01 в ведении Национального исследовательского агентства (Франция).
Anti-IFN-α antibody A (8H1 clone) | ImmunoQure AG | NA | Not commercially available |
Anti-IFN-α antibody B (12H5 clone) | ImmunoQure AG | NA | Not commercially available |
Anti-IFN-α antibody EBI-1 clone | eBioscience | BMS216C | |
Anti-IFN-α antibody BMS216BK clone | eBioscience | BMS216BK | Not an ELISA kit but bulk abs |
IFN α2c | eBioscience | BMS305 | OK |
IFN αI (17) | PBL | 11150-1 | |
IFN α2a | PBL | 11100-1 | |
IFN α2a | PeproTech | No longer available | |
IFN α2b | PBL | 11105-1 | |
IFN α1 | PBL | 11175-1 | |
IFN α4a (M1) | PBL | 11177-1 | |
IFN α4b (a4) | PBL | 11180-1 | |
IFN αB2 (a8) | PBL | 11115-1 | |
IFN αC (a10) | PBL | 11120-1 | |
IFN αD (a1) | PBL | 11125-1 | |
IFN αG (a5) | PBL | 11135-1 | |
IFN αF (a21) | PBL | 11130-1 | |
IFN αH2 (a14) | PBL | 11145-1 | |
IFN αJ1 (a7) | PBL | 11160-1 | |
IFN αK (a6) | PBL | 11165-1 | |
IFN αWA (a16) | PBL | 11190-1 | |
IFN λ1 | PeproTech | 300-02L | |
IFN λ2 | PeproTech | 300-02K | |
IFN ω | PeproTech | 300-02J | |
IFN β | PeproTech | 300-02BC | |
IFN γ | PeproTech | 300-02 | |
Anti-IFN-α ELISA | PBL | 41115.1 | |
96-well plates | Corning | 3904 | |
ISRE-Reporter | Qiagen | CCS-008L | |
Fu-GENE HD Transfection Reagent | Promega | E2311 | |
Opti-MEM Reduced Serum Mediuem | ThermoFischer Scientific | 31985062 | |
Dual-Luciferase Reporter assay | Promega | E1910 | |
Nonidet P40 Substitute | Sigma-Aldrich | 74385 | |
Spectrophotometer NanoDrop 1000 | Thermo Scientific | No longer available | |
Amicon micocentrifuge tubes – 0.5mL filtres | Merck Millipore | UFC505096 | |
Bead Conjugation Buffer | Quanterix | 102040 | Can not be ordered separately |
Non-Encoded Paramagnetic Beads | Quanterix | 101360 | |
Bead Wash Buffer | Quanterix | 102040 | Can not be ordered separately |
EDC | Fisher Scientific | 11844071 | |
Bead Blocking Buffer | Quanterix | 102040 | Can not be ordered separately |
Bead Diluent Buffer | Quanterix | 101362 | |
Detector and Sample Diluent | Quanterix | 101359 | |
Biotinylation Reaction Buffer | Quanterix | 102040 | Can not be ordered separately |
NHS-PEG4-Biotin | Fisher Scientific | 11891195 | |
diH2O | |||
Centrifuge for 1.7mL microcentrifuge tubes (Heraens Fresco 21 Centrifuge) | Thermo Scientific | 75002478 | |
Standard laboratory vortex mixer (MS2 Minishaker) | IKA | MS2 | |
Pipettes (10, 20, 200 and 1000 μl) | Thermo Scientific | ||
Tips (10, 20, 200 and 1000 μl) | Thermo Scientific | ||
1.7mL microcentrifuge tubes | Eppendorf | ||
Magnetic separator that accomodates 1.7mL microcentrifuge tubes (Life Technologies DynaMag-2) | ThermoFisher Scientific | 12321D | |
Mini benchtop centrifuge (Galaxy MinisStar) | VWR | 521-2844 | |
Mixer/Shaker (Eppendorf Thermomixer Comfort) | Eppendorf | ||
Single molecule array (Simoa) reagents | |||
SBG, Bead and Detector Barcode Labels | Quanterix | 101652 | |
15 mL Reagent Bottles | Quanterix | 102411 | |
Simoa specimen 96-well plates | Quanterix | 101457 | |
Simoa Discs | Quanterix | 100001 | |
Simoa 2.0 conductive Tips | Quanterix | 101726 | |
Simoa Cuvettes | Quanterix | 100803 | |
Simoa SBG Reagent | Quanterix | 102295 | |
Simoa RGP Reagent | Quanterix | 101736 | |
Simoa System Buffer 1 | Quanterix | 100486 | |
Simoa System Buffer 2 | Quanterix | 100487 | |
Sealing Oil | Quanterix | 100206 | |
ddH2O | |||
Simoa HD-1 Analyzer | Quanterix | 100032 | |
Technologies | |||
Single molecule array (Simoa) | Quanterix | ||
Single molecule counting Erenna Immunoassay Systems | Singluex |