Avrupa ve Kuzey Amerika’da Lyme borreliosis’e neden olan farklı Borrelia türlerinin çoklu antijenlerine karşı ortaya çıkan IgG ve IgM için serum örneklerini aynı anda değerlendiren boncuk bazlı bir multipleks immünolojik test geliştirmek için üç kanallı bir çift raportör floresan akış analiz sistemi kullanıldı.
Enfeksiyöz hastalıkların ilerlemesini izlemek için, çeşitli antijenik belirleyicilere karşı immünoreaktiviteyi değerlendirmek ve konakçı immün yanıtının farklı aşamalarında ortaya çıktıkları için farklı antikor izotiplerini ölçmek yararlıdır. Lyme borreliosis ile patojenik ajan, Borrelia türlerinin birden fazla üyesinden biri olabilir. Bu nedenle, doğru numune sınıflandırması, farklı Borrelia türlerinin farklı antijenlerine karşı immünoreaktivitenin değerlendirilmesini gerektirir. Ek olarak, anti-patojen IgG ve IgM yanıtları, hastalığın ilerlemesi sırasında farklı ortaya çıkma süresi kurslarına sahip olabilir. Burada, aynı reaksiyonda farklı bakteriyel antijenlere karşı hem IgG hem de IgM immünoreaktivitesini aynı anda değerlendirerek insan serum örneklerinde Borrelia’ya özgü immün yanıtı tanımlamada faydası olan iki raporlu bir multipleks immünolojik testin gelişimini gösteriyoruz. Bu çift raporlayıcı yaklaşımı, tek raporlayıcılı yöntemlerin analitik performansını korurken, zaman ve kaynak tasarrufu sağlar ve örneklem boyutu gereksinimlerini azaltır. Bu tahlil, bir kan örneğinden yarı sürede üretilecek serolojik bilginin esasen iki katına çıkmasına izin verir.
Lyme borreliosis, kuzey yarımkürenin ılıman iklimlerinde en sık görülen kene kaynaklı bulaşıcı hastalıktır1. Coğrafi dağılımda farklılık gösteren bilinen beş insan patojeni olan Borrelia cinsinin spiroket bakterilerinden kaynaklanır2. Avrupa’daki başlıca patojenik Borrelia türleri B. afzelii ve B. garinii’dir, B. burgdorferi s.s., B. spielmanii ve B. bavariensis daha az sıklıkla görülür. Kuzey Amerika’da, B. burgdorferi s.s. Lyme borreliosis 2,3’ün tek etken maddesidir. Borrelia patojenleri, kene cinsi Ixodes’in üyeleri tarafından bulaşır ve kene ısırığından sonraki 24 saat içinde bulaşma meydana gelebilir4.
Lyme borreliosis tanısı tipik olarak klinik semptomlarla konur ve daha sonra seroloji ile doğrulanır. Hem Avrupa’da hem de Kuzey Amerika’da, tanı kılavuzları, Borrelia’ya özgü antijenlere karşı antikor yanıtını değerlendirmek için bir refleks immünoblot ile enzime bağlı bir immünosorbent testinden (ELISA) oluşan iki aşamalı bir test serisi önermektedir 1,5,6,7,8,9 . Bununla birlikte, bu yaklaşım duyarlılıktan yoksundur ve özellikle serokonversiyonun eksik olabileceği ve anti-Borrelia IgG ve IgM titrelerinin çok düşük olduğu enfeksiyonun erken evresinde yetersizdir6.
Multipleks immünolojik testler, bir seferde yalnızca bir hedefi ölçen ve aynı anda bir veya daha fazla antijene karşı çoklu antikor izotip yanıtlarını değerlendirebilen geleneksel immünolojik testleri geliştirir 10,11,12. ELISA’lar gibi tahliller, mevcut durumda, Borrelia ile enfeksiyondan sonra tek bir bakteriyel antijene karşı indüklenen dolaşımdaki IgG veya IgM’de, reaksiyon başına tek bir analitin tanımlanması ve miktarının belirlenmesi ile sınırlıdır. Bu rapor, insan serum örneklerinde burada seçilen Borrelia antijenlerinden herhangi birine karşı hem IgG hem de IgM antikorlarını aynı anda tespit eden bir multipleks immünolojik testin geliştirilmesi için boncuk tabanlı analit profilleme teknolojisinin kullanımını göstermektedir. Avrupa’da yerli olan en yaygın patojenik Borrelia türlerini kapsayan dört antijen seçtik (B. garinii, B. afzelii, B. burgdorferi s.s.) ve Kuzey Amerika (B. burgdorferi s.s.) (Tablo 1) 2,3. Bu, belirleyici patojen tanımlamasına ve hasta örneklerinde erken IgM ve daha sonra, daha dayanıklı, IgG immünoreaktivitesini ayırt etme yeteneğine izin verir.
Hedef İzotipi | Muhabir Kanalı | Antijen | Borrelia Türleri | Soy | Antijen Birleştirme Konsantrasyonu |
Igm | PE | OspC | B. garinii | 20047 | 5.0 μg/106 boncuk |
IgG (IgG) | BV421 Serisi | VlsE | B. burgdorferi s.s | B31 Serisi | 1,25 μg/106 boncuk |
IgG (IgG) | BV421 Serisi | DbpA | B. burgdorferi s.s. | ZS7 Serisi | 10,0 μg/106 boncuk |
IgG (IgG) | BV421 Serisi | DbpA | B. afzelii | PKo (PKo) | 5.0 μg/106 boncuk |
Tablo 1: Multipleks test geliştirme için kullanılan temsili Borrelia antijenleri.
Başlangıçta, iki ayrı reaksiyonda anti-Borrelia antijeni IgG veya IgM antikorlarını tespit eden tek raporlu bir immünolojik test geliştirdik ve daha sonra bu testleri, aynı reaksiyon karışımında her iki antikor izotipini ölçen çift raporlu bir multipleks testte birleştirdik. Manyetik boncuklar, ilgilenilen bir patojen hedef antijene bağlanır ve daha sonra hasta serum örnekleri ile inkübe edilir. Boncuk bağlı antijen, bu patojen antijene karşı bir bağışıklık tepkisinde üretilen serumda hem dolaşımdaki IgG hem de IgM tarafından tanınır ve yakalar. IgG’ye karşı IgM özgüllüğü, her biri iki ikincil antikorla ilişkili farklı bir florofor sinyaline sahip olan IgG veya IgM’ye bağlanan ikincil bir antikorun seçilmesiyle belirlenir. Her floresan sinyali, IgG veya IgM’yi (burada sırasıyla Brilliant Violet 421 veya fikoeritrin) tespit etmek için kullanılan tek florofora özgü farklı bir uyarma lazerine ve emisyon yakalamaya sahip olan cihazın iki Raportör Kanalından birinde (yani çift raportör) algılanır. Cihaz Sınıflandırma Kanalı, farklı boncuk setlerine özgü renk kodlu boyayı tanımlar. Böylece, çoklu hedef antijenler, farklı boyanmış boncuklara bağlanabilir ve boncuk setleri birlikte karıştırılabilir ve serum örneklerinde çeşitli anti-patojen immünoreaktivitesini kapsamlı bir şekilde değerlendirmek için kullanılabilir. Sınıflandırma Kanalı, her bir boncuk setini (yani spesifik antijeni) tanımlar ve bu antijene karşı IgG veya IgM ile ilişkili floresansı ölçer. Ortaya çıkan multipleks test, daha az kapsamlı klasik testlere kıyasla zamandan ve kaynaklardan tasarruf sağlar ve sınırlı numune hacimlerinde Lyme immünoreaktivitesini doğru bir şekilde kataloglar. SARS-CoV-2 enfeksiyonu13 gibi diğer patolojilerdeki immün yanıtları kategorize etmek için daha önce benzer bir çift raporlayıcı yaklaşım kullanılmış olsa da, bu rapor Lyme borreliosis’te immünoreaktiviteyi karakterize etmek için multipleks floresan test teknolojisinin uygulanmasını detaylandırmaktadır.
Bu rapor, serum örneklerinde anti-Borrelia immünoreaktivitesini tekrarlanabilir ve hassas bir şekilde belirleyen iki raporlu boncuk bazlı bir Borrelia immünolojik testinin geliştirilmesini vurgulamaktadır12. Lyme borreliosis’e neden olan çeşitli patojenik Borrelia türleri, varyanta özgü antijen heterojenliği 6,7,8,9 ile ayırt edilebilir. Çoğullanmış tahlil, aynı reaksiyon kuyusu içinde IgG ve IgM aracılı anti-Borrelia immünoreaktivitesini eşzamanlı olarak değerlendirir, böylece iki singleplex tahlili ayrı ayrı gerçekleştirmek için gerekli olan reaktifleri, emeği ve numune materyalini korur. IgM ve IgG yanıtlarının zaman içinde karşılaştırılması, enfeksiyondan sonra IgM’den IgG’ye serokonversiyon meydana geldiğinden hastalık ilerlemesinin daha iyi izlenmesine izin verebilir6.
Çift raportör sistemi iki farklı tespit antikor sistemikullanır 13,15. İlgili deneyler, her iki antikor sınıfı aynı reaksiyon kuyusunda birlikte analiz edildiğinde, Borrelia anti-IgM ve anti-IgG tespit sistemleri arasında önemli bir saptanabilir çapraz reaktivite göstermedi12. IgM’nin IgG antikorlarına karşı daha düşük bağlanma afinitesi göz önüne alındığında16,17, IgM tespiti için PE konjuge bir tespit antikoru seçtik (çift raportör enstrümanın ilk raportör kanalı) çünkü PE, immünolojik testlerde rutin olarak kullanılan en güçlü yayan floroforlardan biridir18. IgG değerlendirmesi için, daha sonra BV421-konjuge streptavidin (cihazın ikinci raportör kanalı) ile aydınlatılan biyotinile bir tespit antikoru kullandık19. Tek raporlu sisteme kıyasla 30 dakikalık ek inkübasyon adımına rağmen, çift raportörlü sistem reaksiyon başına iki kat daha fazla bilgi verir. Genel olarak, çift raporlu çoğullanmış tahlil, iki tek raporlu tahlil çalıştırmaktan daha az kümülatif zaman ve malzeme girdisi gerektirir.
Çoğullanmış Borrelia testinin güçlü performansı ve stabilitesi, tahlil içi ve tahliller arası hassasiyet çalışmalarında yüksek tekrarlanabilirlik ve hem IgG hem de IgM değerlendirmesi için çok çeşitli numune konsantrasyonlarında seyreltme doğrusallığı ve seyreltme paralelliğinin gösterilmesi ile örneklenmiştir. İki cihaz arasındaki optik ve kalibrasyon ayarlarındaki farklılıklara atfedilebilen, çift kanallı sisteme (PE ile ≈1.7 daha yüksek) kıyasla tek kanallı cihazı kullanan aynı floroforlar için daha yüksek mutlak floresan emisyon seviyeleri gözlemledik (PE ile × 4 daha yüksek). Bununla birlikte, her iki florofor ile floresan emisyon eğrileri, yüksek ve düşük numune seyreltme uç noktalarında her iki cihazın doğrusal aralığında kaldı ve ölçülen mutlak floresandaki herhangi bir tutarsızlık, Borrelia maruziyet durumunun sınıflandırmasını etkilemedi. 12
Bu boncuk bazlı Borrelia multipleks testinin önemli bir avantajı, örneğin diğer Borrelia türlerinin antijenlerine karşı antikorları tespit etmek için farklı veya ek analitleri değerlendirmek için testin değiştirilebilmesi veya genişletilebilmesi kolaylığıdır. xMAP manyetik boncuk setleri, cihazın Sınıflandırma Kanalında ayırt edilebilen farklı boya kombinasyonları içerir ve teorik olarak aynı numune içinde 500’e kadar benzersiz analiti aynı anda değerlendirebilen multipleks tahlillere uygulanabilir. Mevcut çalışma, test işlevselliğini ve stabilitesini göstermek ve tek ve çift raportör sistemini karşılaştırmak için dört temsili Borrelia antijenini vurgularken, son test, Avrupa ve Kuzey Amerika’da dolaşan klinik olarak ilgili beş Borrelia patojeninin tümünü birlikte tanımlayabilen sekiz antijeni sorgulamaktadır12.
Yarı otomatik tahlil formatında standart 384 oyuklu mikrotitre plakaları kullanılarak yüksek verimli performans mümkündür. Hem 96 hem de 384 oyuklu plakalarla tahlil ve cihaz uyumluluğu, Borrelia multipleks tahlilinin, ulusal çalışmalar gibi büyük numune setlerini hızlı bir şekilde analiz etmek için etkili bir tarama aracı olarak kullanılmasına olanak tanır20. Testin manuel performansı, daha küçük 96 oyuklu plakalar kullanan daha küçük numune setleri için mümkün olmaya devam eder.
Çalışma sınırlamaları, az sayıda insan serum örneğinde sadece birkaç Borrelia immünoreaktivite hedefinin karşılaştırmalı değerlendirmesini içerir. Bununla birlikte, orijinal çalışma, daha büyük bir örnek seti12 içinde bilinen beş Borrelia türünün hepsinden sekiz antijeni analiz ederken hem IgG hem de IgM için test performansının korunduğunu doğruladı. Ayrıca, çift raportör cihaz, her reaksiyonda aynı anda yalnızca iki antikor izotipini değerlendirebilir, bu nedenle tam izotip profili, ek tahlil reaksiyonlarının gerçekleştirilmesini gerektirecektir13.
Sonuç olarak, bu rapor, boncuk bazlı tek raporlu immünolojik testlerin, insan serum örneklerinde patojenik Borrelia’ya özgü IgG ve IgM antikorlarını aynı anda değerlendirebilen çift raportör testlere başarılı bir şekilde birleştirilmesini ve dönüştürülmesini detaylandırmaktadır. Bu birleşik yaklaşım, iki bağımsız tek raporlu tahlil ile aynı veri hacmini oluşturmak için toplam zaman, malzeme ve işçilik girdilerinden tasarruf sağlar. Multipleks tahlil, 96 kuyulu mikrotitreli plaka formatından 384 kuyulu mikrotitre plaka formatına ölçeklendirilebilir ve robotik plaka ve sıvı işleme enstrümantasyonu kullanılarak yarı otomatik hale getirilebilir, bu da onu büyük nüfus araştırmaları gibi yüksek verimli uygulamalar için uygun hale getirir. Boncuk tabanlı çift raportör tahlil sistemleri daha önce, örneğin diğer viral ve bakteriyel patojenlere karşı bağışıklık tepkilerinideğerlendirmede 13,21, organ naklinde HLA epitoplarına karşı allojenik antikor yanıtlarını değerlendirmede22 ve otoimmün hastalıkmekanizmalarını araştırmada 23 fayda göstermiştir. Mevcut rapor, laboratuvarların çeşitli patolojilerde karmaşık bağışıklık mekanizmalarını keşfetmek için bu yaklaşımı nasıl uyarlayabileceğinin bir örneği olarak, Lyme hastalığına neden olan Borrelia patojenlerine maruz kalmayı belirlemek için multipleks teknolojisinin kullanımını detaylandırdı.
The authors have nothing to disclose.
Bu rapor Luminex (Austin, TX) tarafından finanse edilmiştir. Yazarlar, analitik ve bilimsel düzenleme yardımı için Matthew Silverman PhD’ye (Biomedical Publishing Solutions, Panama City, FL; mattsilver@yahoo.com) teşekkür eder. Yazarlar ayrıca çalışmada kullanılan Borrelia antijenlerini sağladıkları için tgcBIOMICS GmbH’den (Bingen, Almanya) Harald Klein ve Christoph von Eichel-Streiber’e teşekkür eder. Teknik tahlil validasyonu ve kalite kontrolü için insan serum örnekleri şuradan elde edildi: 1) Helmholtz Enfeksiyon Araştırmaları Merkezi, Epidemiyoloji Bölümü aracılığıyla Almanya’da SARS-CoV-2’ye Karşı Antikorlar Üzerine Çok Bölgeli ve Seri Prevalans Çalışması, Braunschweig, Almanya; ve 2) Nöroloji Anabilim Dalı, Sächsisches Krankenhaus Rodewisch (Rodewisch, Almanya). İnsan örneklerinin kullanımı için onay, Almanya’daki Hannover Tıp Fakültesi Etik Komitesi tarafından verilmiştir (9086_BO_S_2020).
Antibodies and Detection Reagents | Source | Catalog Number | |
Biotinylated Goat Anti-Human IgG | Jackson ImmunoResearch (Dianova) | 109-066-098 | |
Brilliant Violet 421-Streptavidin | BD Biosciences | 563259 | |
Donkey Anti-Human IgM | Jackson ImmunoResearch (Dianova) | 709-116-073 | |
Borrelia Antigens | tgcBIOMICS (Bingen, Germany) | ||
Coupling Reagents | |||
1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride (EDC) | Thermo Scientific Pierce | 77149 ProteoChem (100 mg) | |
10x PBS | Fisher Scientific | BP399-4 | |
BSA | Carl Roth | T844.3 | |
MES (2-ethanesulfonic acid; zwitterionic buffer) | Carl Roth | 4256.2 | |
Na2HPO4 | Carl Roth | 4984.1 | |
ProClin300 | Sigma | 48914-U | |
Sulfo-NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) | Thermo Scientific Pierce | 24510 (500 mg) | |
Triton X-100 | Thermo Scientific | 85111 | |
Instrumentation and Ancillary Lab Supplies | Source | ||
384-well plate | Corning, Cat# 3570 | ||
96-well deep-well plates | ThermoFisher Scientific, Cat# 95040450 | ||
96-well half-area plates | Corning, Cat# 3690 | ||
BioTek 405 TS Plate Washer | BioTek Instruments/Agilent Technologies, Santa Clara, CA | ||
BioTek MultiFlo FX Plate Washer | BioTek Instruments/Agilent Technologies, Santa Clara, CA | ||
DynaMag Spin Magnet (for isolating beads in microcentrifuge tubes) | ThermoFisher, Cat# 12320D | ||
Flexmap 3D (two-channel, single-reporter instrument) | Luminex Corp., Austin, TX | ||
KingFisher Magnetic Particle Processor (for isolating beads in 96-well plates) | ThermoFisher, Cat# A31508 | ||
MagPlex Microspheres (magnetic, fluorescent, 6.5-µm-diameter beads) | Luminex Corp., Austin, TX | ||
SmartBlock Plates | Eppendorf, Cat# 5363000039 | ||
ThermoMixer C | Eppendorf, Cat# 5382000015 | ||
ThermoTop | Eppendorf, Cat# 5308000003 | ||
xMAP Intelliflex (three-channel, dual-reporter instrument) | Luminex Corp., Austin, TX |