אנו מדגמים בדיקת ECL כפולה פשוטה המשלבת 7 מבחני נוגדנים עצמיים יחד. הבדיקה מסוגלת לבצע סינון ל-T1D ולמחלות אוטואימוניות רבות אחרות, בו זמנית, כולל צליאק, מחלת בלוטת התריס אוטואימונית ותסמונת פוליגלנדולרית אוטואימונית 1.
נוגדנים עצמיים של איים (IAbs) נמצאים בשימוש נרחב באבחון וחיזוי סוכרת מסוג 1 (T1D). ארבעה IAbs עיקריים לאינסולין (IAA), גלוטמט דקרבוקסילאז-65 (GADA), אנטיגן אינסולינומה -2 (IA-2A) ואבץ טרנספורטר-8 (ZnT8A) חשובים באותה מידה לחיזוי מחלות. כיום, עד 40% מהחולים המאובחנים עם T1D ממשיכים לפתח הפרעות אוטואימוניות אחרות. למרבה הצער, שיטות הסינון הנוכחיות המשתמשות בנוגדן עצמי יחיד למדידה הן מייגעות ולא יעילות עבור מחקרי סינון בקנה מידה גדול. לאחרונה פיתחנו בדיקה פשוטה של אלקטרוכמילומינסנציה מרובבת (ECL) כדי לטפל בבעיות הנוכחיות הללו. הבדיקה משלבת את כל 7 בדיקות הנוגדנים העצמיים לבאר אחת. כל באר כוללת שלושה IAbs (IAA, GADA ו-IA-2A), נוגדנים עצמיים לפרוקסידאז של בלוטת התריס (TPOA) וגלובולין של בלוטת התריס (ThGA) לזיהוי מחלות אוטואימוניות של בלוטת התריס, נוגדנים עצמיים לטרנסגלוטמינאז רקמתי (TGA) למחלת צליאק, ונוגדנים עצמיים לאינטרפרון אלפא (IFNαA) לתסמונת פוליגלנדולרית אוטואימונית-1 (APS-1); כל אלה מסננים T1D ומחלות אוטואימוניות רלוונטיות אחרות, בו זמנית. בדיקת המולטיפלקס ECL מבוססת על פלטפורמת בדיקת ECL יחידה, אך במקום זאת משתמשת בלוח המולטיפלקס המשלב מספר מבחני נוגדנים עצמיים, עד 10, לבאר אחת. ההבדל העיקרי מבדיקת ECL יחידה הוא שכל קומפלקס נוגדנים-אנטיגן שנוצר בשלב הנוזלי מרוסן על נקודה מסוימת בכל באר באמצעות מערכת מקשר על צלחת המולטיפלקס. בדיקת 7-Plex ECL, במחקר הנוכחי, מאומתת כנגד מבחני רדיו סטנדרטיים (RBA) ומבחני ECL בודדים, תוך שימוש בקבוצה גדולה של חולי T1D שאובחנו לאחרונה ובקרות בריאות תואמות גיל, וכתוצאה מכך רגישות וספציפיות מצוינת לבדיקה.
סוכרת מסוג 1 (T1D) היא מחלה כרונית קשה הנפוצה ביותר בילדות. נכון לעכשיו, כ -1.4 מיליון אנשים יש T1D בארצות הברית; באופן מדהים, השכיחות של T1D עולה בהתמדה בשיעור של 3-5% בכל שנה ברחבי העולם והוכפלה בשני העשורים האחרונים, במיוחד בקרב ילדים צעירים 1,2. נוגדנים עצמיים של איים (IAbs) במחזור הדם הם הסמן הביולוגי האמין ביותר כיום. ה-IAbs עשוי להופיע שנים לפני שה-T1D הקליני מתפתחב-3. נכון לעכשיו, ארבעה IAbs עיקריים נמצאים בשימוש נרחב באבחון T1D ובבדיקת סיכונים, כולל נוגדנים עצמיים לאינסולין (IAA), גלוטמט דקרבוקסילאז-65 (GADA), אנטיגן אינסולינומה -2 (IA-2A) ואבץ טרנספורטר-8 (ZnT8A). ארבעת ה-IAbs האלה חשובים באותה מידה בחיזוי התפתחות T1D. הסיווג של T1D הוגדר מחדש לאחרונה כנוכחות של ≥2 מכל 4 IAbs עם מטבוליזם גלוקוז תקין כשלב המחלה 14.
במחקר האוטואימוניות לסוכרת בצעירים (DAISY), התגלה כי אחד מכל ארבעה ילדים בסיכון ל- T1D צפוי להתקדם לאיונים, צליאק, בלוטת התריס או אוטואימוניות שגרונית ובאופן בולט יותר, כ -40% מהחולים שאובחנו עם T1D מפתחים בסופו של דבר מחלה אוטואימונית נוספת 5,6,7 . זיהוי נוגדנים עצמיים חיוני לחיזוי ואבחון של מחלות אוטואימוניות אלה ואמור לספק טיפול קליני טוב יותר לחולים. אין כיום דרך קלה וזולה לסנן את המחלות האוטואימוניות המרובות הללו. שיטות הסינון הנוכחיות באמצעות בדיקת קשירת רדיו סטנדרטית (RBA), עם מדידת נוגדנים עצמיים יחידה, הן מייגעות ולא יעילות להקרנה בקנה מידה גדול.
כאן, נתאר את בדיקת ה- ECL הפשוטה שפותחה לאחרונה, אותה אימתנו באמצעות פלטפורמת בדיקת ECL אחת 8,9,10,11. בדיקת המולטיפלקס ECL משלבת 7 בדיקות נוגדנים עצמיים לבאר אחת, תוך שימוש ב-15 μL בלבד של סרום, ומסוגלת לבצע בדיקות סקר לאיתור T1D ומספר מחלות אוטואימוניות רלוונטיות בו זמנית, כולל מחלת צליאק, מחלת בלוטת התריס אוטואימונית ו-APS-1. בדיקת ZnT8A ECL לא פותחה באותה עת ולא נכללה במבחן המולטיפלקס. בדיקת המולטיפלקס ECL מספקת כלי מצוין לתפוקה גבוהה בבדיקת סקר באוכלוסייה הכללית עבור T1D ומחלות אוטואימוניות מרובות.
בניסויים קליניים לאומיים ובינלאומיים רבים לסוכרת מסוג 1, הביצועים של בדיקת ECL יחידה לאיתור נוגדנים עצמיים של איונים ונוגדנים עצמיים לטרנסגלוטמינאז (TGA) למחלת צליאק, הוכחו 8,9,10,11. לאורך שבילים אלה, בדיקה זו הגבירה את הרגישות והספציפיות לזיהוי אוטואנטיגן כאשר הוערך מול תקן ‘הזהב’ הקיים RBA. ניתן לראות את הספציפיות המשופרת של המחלה כאשר מפלים בין נוגדנים עצמיים בעלי זיקה גבוהה ואיונים בסיכון גבוה לבין אותות בסיכון נמוך וזיקה נמוכה, בין בדיקת ECL יחידה לבין RBA14,15,16,17. בהתבסס על בדיקת ECL יחידה, אנו מציבים בדיקת נוגדנים עצמיים חדשה של ECL עם תפוקה גבוהה, כדי לאפשר לנו לסנן T1D כמו גם מספר מחלות אוטואימוניות ישימות בו זמנית.
בדיקת המולטיפלקס ECL משתמשת בלוח המולטיפלקס, שיכול לשלב עד 10 מבחני נוגדנים עצמיים לבאר אחת. עבור המחקר הנוכחי, 7 בדיקות נוגדנים עצמיים משולבים יחד. הנוגדנים העצמיים מורכבים מ-3 IAbs (IAA, GADA ו-IA-2A), 2 נוגדנים עצמיים למחלות אוטואימוניות של בלוטת התריס (TPOA ו-ThGA), נוגדנים עצמיים למחלת צליאק (TGA) ונוגדנים עצמיים של APS-1 לאינטרפרון אלפא (IFNαA). מנגנון הבדיקה מבוסס, באופן כללי, על בדיקת ECL אחת כפי שפורסם בעבר 9,10,12,18 עם כמה שינויים. ההבדל העיקרי של בדיקת ECL מרובבת מבדיקת ECL יחידה הוא שכל קומפלקס נוגדנים-אנטיגן שנוצר בשלב הנוזלי מרוסן לקישור ספציפי (איור 1). הביוטין המסומן כאנטיגן מודגר עם מצומד סטרפטאווידין, מקשר המשמש ליצירת קומפלקס אנטיגן-מקשר ספציפי. קומפלקס חיסוני נוגדן-אנטיגן נוצר לאחר הדגירה עם סרום המטופל והוא נלכד על נקודה מסוימת דרך מערכת המקשר הספציפית על כל באר של צלחת multix. Ru Sulfo-NHS שכותרתו אנטיגן שנלכד על ידי נוגדנים בו זמנית מספק את האות עם אלקטרוכמילומינסנציה. מכונת קורא הצלחות יכולה לזהות עד 10 אותות שונים ממקורות הספוט הממוקמים בכל באר. כדי לשמור על עקביות בדיקות נוגדנים עצמיים בין הצלחות ותוך כדי ביצוע מחקרים ארוכי טווח, אנו מציעים להשתמש באותו מקשר.
לפני הגדרת בדיקת ECL מרובבת, מבחני ECL בודדים עבור כל נוגדנים עצמיים צריכים להיות ממוטבים על צלחת מולטיפלקס, בהתאמה, ומאומתים הן כנגד מבחני RBA והן מול מבחני ECL בודדים על צלחת ECL רגילה. כדי לשפר את בדיקת לוח המשבצות, לבדיקת הנוגדנים העצמיים הקשורים על צלחת המולטיפלקס, נעשה שימוש בחולה חיובי גבוה ובדגימת מטופל שלילית. לאחר ביצוע בדיקת לוח המשבצות, הריכוזים האידיאליים ביותר עבור Ru Sulfo-NHS וביוטין שכותרתו אנטיגן חושבו עבור כל אחד מ-7 מבחני הנוגדנים העצמיים. הריכוזים הבאים מראים את הריכוזים הבאים: 30 נ”ג/מ”ל ו-200 נ”ג/מ”ל עבור GAD65, 120 נ”ג/מ”ל ו-120 נ”ג/מ”ל עבור פרואינסולין, 10 נ”ג/מ”ל ו-42 נ”ג/מ”ל עבור IA-2, 80 נ”ג/מ”ל ו-80 נ”ג/מ”ל עבור TG, 8 נ”ג/מ”ל ו-16 נ”ג/מ”ל עבור TPO, 31 נ”ג/מ”ל ו-31 נ”ג/מ”ל עבור ThG, ו-12 ננוגרם/מ”ל ו-12 ננוגרם/מ”ל בהתאמה עבור IFNα13. ייתכן שיהיה צורך להתאים עוד יותר את הריכוזים של חלק מהאנטיגנים מבדיקת לוח המשבצות בהתאם לתוצאות בבדיקת המולטיפלקס בפועל לאחר שילוב כל המבחנים יחד.
מכיוון ש- IAA נכללת בבדיקת ECL המולטיפלקס הנוכחית, טיפול חומצי בדגימות סרום הוא חובה לפני דגירה של הסרום עם אנטיגן, כפי שדווח במחקר הקודם12. באופן כללי, כאשר מוסיפים נוגדנים עצמיים נוספים לבדיקת מולטיפלקס, רקע הבדיקה מושפע ואות גבוה במיוחד מנקודה אחת, בבאר, עלול לחסום את התוצאות של כתמים סמוכים באמצעות crosstalk. לכן, יש להגביל את ה-CPS המרבי ל-20,000 ספירות עבור כל נוגדן עצמי, או נמוך יותר, עבור הדגימות החיוביות הגבוהות ביותר. מהידע שלנו, על מנת להפחית את כמות ההצלבות המעורבות, יש להפריד בין נוגדנים עצמיים בעלי רקע נמוך יותר, בעת תכנון מפת הספוט, הרחק מנקודות עם תדירות גבוהה יותר של ספירות.
תוצאות חיוביות גבוהות ובקרות שליליות שימשו באופן פנימי בכל בדיקה כדי לחשב מדד מדויק עבור הדגימות הלא ידועות שנבדקו. כדי להעריך ולנטר במדויק את רגישות הבדיקה, נעשה שימוש בבקרות חיוביות נמוכות, שנקבעו בסמוך לגבול העליון של הבדיקה. בקרות חיוביות ושליליות סטנדרטיות אלה נוצרו בתפזורת ובאליקוט לשימוש ארוך טווח ואוחסנו בטמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס ומטה, לצורך עקביות בין המבחנים. למטרות אבטחת איכות, הדגימות הופעלו פעמיים בכל בדיקה וכל תוצאה חיובית שודרה מחדש ואושרה על ידי הרצת הדגימה בבדיקת ECL חדשה למחרת. אם הייתה מחלוקת עם המבחן המאשר הראשון והשני, היה צורך בבדיקה שלישית. מבין שלושת המבחנים שנערכו, התוצאות של שני המבחנים המסכימים (למשל, +, + או -,-), קבעו את התוצאה הסופית (חיובית או שלילית) של המדגם.
בעשור האחרון, קבוצות מחקר רבות מחפשות בדיקת תפוקה גבוהה תוך שימוש בשיטת המולטיפלקס כדי לשלב מספר מבחני נוגדנים עצמיים יחד לבאר אחת כדי לסנן אוכלוסיות גדולות. ישנם מספר מחקרים המשתמשים בסוגים שונים של טכנולוגיות כדי לבצע מבחני נוגדנים עצמיים מרובים 19,20,21,22, אך אין השוואה לאף אחד מהמבחנים הללו ברגישות ובספציפיות מול תקן ‘הזהב’ הנוכחי RBA, כאשר חוקרים T1D. סוגים שונים אלה של פלטפורמות בשימוש אינם מאומתים באמצעות סדנת התקינה הבינלאומית של איון נוגדנים עצמיים (IASP) או באמצעות בדיקת קבוצות גדולות בניסויים קליניים. בסינון מבוסס אוכלוסייה כללית שנערך לאחרונה בגרמניה, בדיקה משולבת בתפוקה גבוהה, 3 Screen ICATM ELISA המופצת על ידי Kronus, משמשת ככלי לסינון קו ראשון לאיתור שלושה IAbs, GADA, IA-2A ו- ZnT8A, כדי להשיג אבחון מוקדם של T1D23 בילדות. בדיקת ELISA בעלת 3 המסכים מודדת 3 נוגדנים עצמיים ב-3 בארות מופרדות, הצורכים כמות גדולה של סרום, או בבאר אחת כאשר כל 3 הבדיקות מעורבות. אם אחד היטב במבחן ELISA בעל 3 המסכים הוא חיובי, לא ניתן להבחין אילו מבין שלושה נוגדנים עצמיים קיימים. החיסרון הגדול ביותר של בדיקה זו הוא חוסר היכולת שלה לכלול מדידה של רשות העתיקות. לכל תוצאות רשות העתיקות המבוצעות על ידי ELISA, כפי שהוכח בסדנאות IASP, אין רגישות וספציפיות מקובלות24. רשות העתיקות היא בדרך כלל ה-IAb הראשונה שמופיעה ויש לה שכיחות גבוהה בקרב ילדים צעירים. בדיקת IAb, עם רשות העתיקות, נחוצה לילדים ולא מקובל לבצע סינון זה ללא רשות העתיקות כדי להעריך סיכון T1D בקהילה. בנוסף, לא פורסמו מחקרים או נתונים המראים כי בדיקת ערכת Kronus IAb היא ספציפית יותר למחלת T1D ומסוגלת להבחין בין סיכון גבוה ל- IAbs בסיכון נמוך. בדיקת 7-Plex ECL, במחקר הנוכחי, אומתה באמצעות קבוצה גדולה של חולים שאובחנו לאחרונה עם T1D13. בהשוואה ל- RBA הסטנדרטי הנוכחי ולבדיקת ECL יחידה מבוססת היטב, מבחן 7-Plex מסוגל לשמור על 100% חיוביות עם אותה ספציפיות בדיקה (טבלה 4). נכון לעכשיו, בדיקת 4-Plex ECL, במקביל ל- RBA הסטנדרטי, מיושמת בניסוי קליני גדול מתמשך: מחקר סינון אוטואימוניות לילדים (ASK). ניסוי זה בודק ילדים באוכלוסייה הכללית, של מטרופולין דנוור, עבור T1D וצליאק. בהשוואה ל-RBA סטנדרטי שנעשה בו שימוש במחקר ASK, בדיקת המולטיפלקס ECL מראה רגישות מצוינת וספציפיות גבוהה יותר למחלה, זהה לדוחות הקודמים שלנו באמצעות מחקר ECL יחיד25. יתר על כן, בדיקת 4-Plex ECL שלנו הדגימה הפחתה בולטת בעבודה, בעלות ובנפח הסרום ב-70%, בהשוואה ל-4 המבחנים הבודדים המקבילים עבור ECL ו-RBA. באמצעות בדיקת ECL מרובבת, אנו יכולים להתאים אישית כל באר עם מספרים שונים, המייצגים נוגדנים עצמיים שונים (עד 10), כדי לבדוק מחלות אוטואימוניות שונות הספציפיות לצרכים של מיקום קליני מסוים.
ישנן כמה מגבלות שנצפו, המוצגות במחקר הנוכחי, עבור בדיקת ECL מרובת באמצעות צלחת המולטיפלקס. הדילול הסופי של הסרום, הדגירה עם אנטיגן, אינו ניתן להתאמה כדי להניב את התנאים האופטימליים ביותר עבור כל בדיקת נוגדנים עצמיים אחת המשולבת בבאר אחת. תשע דגימות (9/1026), מחולי T1D, נצפו כבעלות תוצאה שלילית כוזבת עבור נוגדנים עצמיים מסוימים. 7 מהתוצאות השליליות הכוזבות היו עבור TPOA ו-2 היו עבור ThGA, במבחן ECL 7-Plex, אך תוצאות חיוביות גבוהות הוצגו הן במבחן ECL היחיד והן ב-RBA (איור 2 ו-3). לאחר דילול נוסף של כל 9 הדגימות, הם הפכו חיוביים על צלחת multix. תוצאה זו נגרמת על ידי, מה שאנו מתארים כתופעת ‘פרוזון’. תופעה זו גורמת לדגימה להראות תוצאה שלילית כוזבת מכיוון שטיטרים בעלי נוגדנים גבוהים משפיעים על היווצרות סריגים של נוגדנים-אנטיגן. בעת הגדרת בדיקת מולטיפלקס, מומלץ לבצע דגימות עם טיטרים גבוהים מאוד, עבור כל אחד מהנוגדנים העצמיים המשולבים, לבצע בדיקות מקדימות כדי לזהות את הדילול האופציונלי של סרום לדגירה של אנטיגן. לחלופין, יש לבחור מבחני נוגדנים עצמיים עם תנאים אופטימליים דומים כדי ליצור בדיקה משולבת שממנה מושגת הרגישות והספציפיות הטובות ביותר לבדיקה עבור כל נוגדן עצמי. במחקר הנוכחי, 7 דגימות (7/1022), מבקרות נורמליות בריאות, הביאו לתוצאות חיוביות כוזבות עבור נוגדנים עצמיים מרובים במבחן 7-Plex, אך לאחר הרצת בדיקת ECL אחת ו-RBA (איור 2 ו-3) נמצאו נוגדנים עצמיים אלה שליליים בשני המבחנים. הסיבות מאחורי התוצאות החיוביות המוטעות הללו המתרחשות על לוח המולטיפלקס, עבור תת-קבוצה קטנה זו של דגימות, אינן ידועות כעת. עבור היישום הנוכחי של בדיקת ECL המולטיפלקס, כל הדגימות החיוביות חוזרות על עצמן עם בדיקת ECL היחידה המתאימה שלהן כדי לאשר חיוביות, מה שמסיר שגיאה חיובית שגויה זו מבדיקת ECL המולטיפלקס.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק NIH DK32083, מענקי JDRF 2-SRA-2015-51-Q-R ו- 2-SRA-2018-533-S-B.
4 °C refrigerator | |||
–80 °C and -20 °C freezers | |||
96-well Plate Shaker | Wallac – Delfi | ||
96-well round bottom plate | Fisher | 8408220 | |
Acetic acid solution | Fisher | ||
Aluminum foil | |||
Antigen proteins | |||
Human GAD65 full length protein | Diamyd | ||
Human ThG full length protein | BioMart | ||
Human TPO full length protein | BioMart | ||
IA-2 intracellular domain protein | BioMart | ||
IFN-α protein | Abcam | ||
Proinsulin protein | AmideBio | ||
tTG protein | DiaRect | ||
Biotin | Sigma | ||
Bottle-Top 500 mL , Filter Units | Fisher | 0974064A or B | |
Bovine Serum Albumin | Sigma | A-7906 | |
Distilled deionized (DD) water | |||
HCl | Fisher | ||
Ice maker | |||
Ice trays | |||
MSD Sector | Perkin-Elmer | ||
Multi-channel pipette | |||
NaOH | |||
Paper tower | |||
PBS | |||
pH meter | |||
Pipette-Aid | |||
Pipettes/tips | |||
Ru Sulfo-NHS | MSD (R91AN) | ||
Trizma Base | Fisher | BP152-5 | |
Tween 20 | Sigma | P-1379 | |
Uplex Development Kit | MSD | ||
96-well UPlex plate | MSD | ||
Blocker A | MSD | R93AA | |
Linker-Streptavidin | MSD | ||
Read buffer | MSD | R92TC | |
Stop Solution | MSD | ||
Vortex mixer | |||
ZeBa Column | Pierce | 89892 |