이 기사에서는 SARS-CoV-2 감염 또는 백신 접종에 대한 면역 반응으로 인해 발생하는 두 개의 면역글로불린 이소형(IgA, IgM 또는 IgG)에 대한 항체 역가의 동적 변화를 동시에 모니터링하는 편리한 방법을 설명합니다. 이 ‘다중 분석 물질 Covid-19 면역 반응 패널’은 ‘이중 채널’기능을 갖춘 흐름 기반 멀티플렉스 리더를 사용하여 판독되는 코딩된 미소 구체를 기반으로 구축된 세 가지 간접 면역 분석법을 사용합니다.
여러 바이오마커를 공동으로 조사하기위한 멀티플렉스 기술은 수십 년 동안 존재 해 왔습니다. 그러나, 동일한 분석물 상의 다중 에피토프를 평가하는 방법은 제한적이다. 이 보고서는 SARS-CoV-2 감염 또는 백신접종에 대한 면역 반응과 관련된 일반적인 면역글로불린 이소형(예를 들어, IgA, IgM 및 IgG)의 혈청학적 시험을 위한 다중화 면역비드 분석의 개발 및 최적화를 기술한다. 분석은 이중 채널 기능을 갖춘 흐름 기반의 멀티플렉스 형광 판독기를 사용하여 수행되었습니다. 최적화는 분석물 포획 시간, 검출 항체 농도 및 검출 항체 배양 시간에 중점을 두었습니다. 분석 분석 성능 특성(예를 들어, 분석 범위(정량의 하한 및 상한 포함) 및 인트라 및 인터 어세이 정밀도)이 ‘이중 채널’ 모드를 사용하여 IgG/IgM 또는 IgA/IgM 혈청형 조합에 대해 동시에 확립되었다. IgG의 경우 30분, IgM의 경우 60분, IgA의 경우 120분의 분석물 포획 시간이 대부분의 응용 분야에 적합하여 분석 성능과 처리량의 균형을 제공했습니다. 30분 동안 4 μg/mL에서 최적의 검출 항체 인큐베이션이 관찰되었으며, 관찰된 민감도 값을 고려할 때 전반적으로 우수한 정밀도(분산계수(%CV) ≤ 20%)를 고려하여 일반적인 용도에 권장됩니다. IgG 이소형에 대한 동적 범위는 각 검정 (스파이크 S1, 뉴클레오캡시드 및 막 당단백질)에 대해 수 배의 크기에 걸쳐 있었으며, 이는 임상 적용을 위한 1:500 희석 인자에서 강력한 역가 평가를 지원한다. 마지막으로, 최적화된 프로토콜은 SARS-CoV-2 백신 요법을 완료한 피험자(n=4)에 대한 스파이크 S1 혈청 전환을 모니터링하는데 적용되었다. 이 코호트 내에서, 스파이크 S1 IgG 수준은 IgM 또는 IgA 이소형보다 훨씬 더 높은 (~40배) 신호 강도에서 두 번째 투여 후 14일에 최대 역가에 도달하는 것으로 관찰되었다. 흥미롭게도, 우리는 매우 가변적인 스파이크 S1 IgG 역가 붕괴 속도를 관찰하였고 이는 주로 피험자-의존적이었으며 이는 향후 연구의 주제가 될 것이다.
생물학적 샘플에서 여러 질병 관련 바이오마커를 동시에 측정하면 병리학 적 과정에 대한 설명 및 예측 통찰력을 얻을 수 있습니다. 효소 결합 면역 흡착 분석 (ELISAs)과 같은 기존의 단일 분석 물질 면역 학적 절차는 임상 및 연구 설정 모두에서 정량 분석의 초석이 되었지만, 이러한 기술은 처리량, 각 측정에 필요한 표본의 양 및 질병 과정1 전반에 걸쳐 자주 얽혀있는 여러 생물학적 요소에 대한 연구를 크게 제한하는 비용 효율성과 관련하여 상당한 한계를 가질 수 있습니다. . 마이크로스피어 기반 멀티플렉싱 기술은 실험실 처리량을 향상시키고, 샘플 부족을 완화하고, 반복적 인 테스트를 줄여 비용 절감을 극대화하기 위해 분석을 결합 할 수있는 능력을 갖춘 진단 및 연구 시설 모두에 없어서는 안될 플랫폼이되었습니다 1,2,3,4. 최근에는 이중 리포터 기능을 갖춘 장비로 이러한 멀티플렉싱 파워의 추가 증강이 도입되었습니다. 이중 리포터 기능은 검출을 위해 두 개의 형광 채널을 구현하여 멀티플렉싱의 또 다른 차원을 제공하여 동일한 분석물에서 여러 에피토프를 검출할 수 있도록 합니다.
중증 급성 호흡기 증후군 코로나 바이러스 2 (SARS-CoV-2)는 현재 코로나 바이러스 질병 2019 (COVID-19) 전염병5를 담당하는 병원체입니다. RT-PCR 검사는 질병 과정의 시작에서 감염 확인에 중요하지만, 항체 역가에 대한 혈청 학적 검사는 이전의 노출 또는 회복에 관한 개인의 정확하고 완전한 비판에 필수적임이 입증되었습니다. 예방 접종에 대한 반응; 및/또는 Covid-19 백신 접종 효능 평가 6,7.
이 보고서는 흐름 기반의 멀티플렉스 리더 이중 보고 시스템을 활용하는 여러 SARS-CoV-2 바이러스 항원에 대한 혈청 전환을 측정하는 방법을 설명합니다. 구체적으로, 스파이크 S1, 뉴클레오캡시드 및 멤브레인 (일명 매트릭스) 당단백질에 대한 분석을 포함하는 3-플렉스 SARS-CoV-2 항원 패널에 대한 2개의 항체 서브타입 (IgG/IgM 또는 IgA/IgM으로 구성됨)의 동시 검출이 기술된다. 이 접근법은 종단 혈청 전환의 포착을위한 이상적인 기업을 제공하고 Covid-19 전염병에 대한 무기고에 귀중한 도구를 제공합니다.
감염 상태에 대한 RT-PCR 기반 감시와 함께 SARS-CoV-2 노출에 대한 면역 반응의 인식은 Covid-19로부터의 회복 과정을 명확히하고, 잠재적 인 치료 가치를 지닌 회복기 혈장을 확인하고, 인구 규모 기준으로 감염률을 조사하는 수단으로 작용하기위한 처방으로 잘 설명되었습니다10,11. 인간 피험자에서 혈청 전환을 이해하기 위한 상이한 예는 단백질(항원) 어레이 12, 면역블롯13, 신속한 면역크로마토그래피 구축물 14, 및 효소-결합 면역흡착 분석(ELISAs)15,16,17을 포함한다. 이들 전술한 기술들 각각은 사소한 변형으로 개별적으로 다수의 면역글로불린 이소형을 평가할 수 있다. 그러나 이러한 절차는이 원고에 제시된 바와 같이 여러 이소 타입의 병렬 분석을 허용하도록 실질적으로 용도를 변경할 수 없으므로 비용 및 처리량 요인을 인구 기반 규모 테스트 전략에 대한 관리의 한계로 간주합니다. 이러한 응용 프로그램 중 일부는 또한 멀티플렉스 ELISA18,19와 같이 제시되거나 변경된 형식으로 여러 항원의 수준을 병렬로 연결할 수 있는 기회를 제공합니다. 마지막으로, 면역비드 플랫폼은 병렬로20,21개의 다중 항원의 수준을 평가할 수 있는 가능성을 제공하지만, 분석당 단일 에피토프(즉, 면역글로불린 이소형)로 제한되어 왔지만, ‘이중 채널’ 분석 능력을 갖는 최근의 계기가 채용되고 있다.
이 보고서에서는 Covid-19 예방 접종을받은 개인의 혈청 전환에 대한 사례 연구에서 ‘이중 채널’모드의 도구를 사용하여 면역 비드 분석에서 다중 에피토프의 신뢰할 수있는 측정을 확립하는 프로토콜이 열거되어 있습니다. 이 방법은 실험실 자동화 시스템의 통합으로 개선 될 수있는 수동 분석 설계를 사용하여 우수한 정밀도 (일반적으로 <20 %)를 입증했습니다. 선택된 모든 분석물 및 에피토프에 대한 분석 감도 및 동적 범위는 일상적인 평가에 적합하였다. 상업적으로 이용가능한 항항원 IgA 및 IgM 면역시약의 결여가 IgG 이소형에 대한 제한된 정량화이지만, 이러한 제한은 교정제22,23으로서 특정 표본에 대하여 반정량적 평가 또는 평가를 제공하는 능력을 배제하지 않는다.
검증된 면역비드 분석은 Covid-19 백신으로 면역화된 개인의 코호트에서 혈청 전환을 조사하기 위해 할당되었다. 다른 유사한 플랫폼과 대조적으로, 계측 제품군은 수동 워크 플로에서 하루에 수백 명의 개인과 자동화 된 체계로 하루에 수천 명의 개인에서 혈청 변환의 전망을 가능하게합니다. 전반적으로, 이러한 발견은 ‘이중 채널’접근법이 동일한 검정에 대해 병렬로 다중 에피토프의 설명에 대한 적절한 민감성을 가지며 다중 분석물 맥락에서 실행 가능하다는 것을 확인시켜준다. 피코에리트린과 슈퍼 브라이트 436 형광단으로 각각 수행된 채널 1 및 채널 2에 대한 민감도의 차이는 주어진 실험에 대해 실행 가능한 분석 결과를 얻기 위해 특정 실험의 설계를 보증할 수 있습니다. 즉, 더 낮은 유병률의 에피토프 또는 분석물에 대한 채널 1의 예약은 미지의 관찰된 값을 포함하는 분석의 동적 범위를 유지하기 위해 필요할 수 있다. 이러한 고려 사항 외에도 분석 설계는 분명했으며 제한된 분석 기능을 가진 실험실에서 쉽게 접근 할 수 있어야합니다. 물론, 그림 5에서 언급했듯이 채널 1에서 채널 2까지의 간섭을 고려할 때 이러한 고려 사항을 고려해야 하며, 이에 따라 더 높은 풍부도 이소형으로부터의 간섭은 이중 채널 형식으로 측정될 때 훨씬 낮은 풍부도에 있는 사람들에게 오해의 소지가 있는 분석 오류를 야기할 수 있습니다. 매우 상이한 분석물 농도를 갖는 상황과의 간섭에 대한 이러한 잠재성은 분석 설계 단계에서 적절하게 처리되지 않을 경우 접근법에 상당한 제한을 나타낼 수 있다.
결론적으로, Covid-19 감염 또는 백신접종에 대한 면역 반응과 관련된 주요 면역글로불린 이소형으로부터의 항체 역가를 신속하게 측정하는 방법이 제시되었다. 혈청 전환을 평가하기 위해 종적 방식으로이 접근법을 적용하면 질병의 경과를 관리 및 / 또는 모니터링하거나 장래의 Covid-19 부스터 백신 프로그램을 안내하는 데 더 잘 사용될 수있는 통찰력을 제공 할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
저자들은 시설 사용에 대한 Rush Biomarker Development Core, 피험자 등록 및 생물 표본 처리를위한 Rush Biorepository, Walder Foundation의 Chicago Coronavirus Assessment Network (Chicago CAN) 이니셔티브 보조금 번호 SCI16 (J.R.S. 및 J.A.B.) 및 21-00147 (J.R.S. 및 J.A.B.) 및 Swim Across America Foundation (J.A.B.)의 상에게 감사드립니다.
384-well black side polystyrene microtiter plates | Thermo Fisher | 12-565-346 | |
Activation buffer (0.1 M NaH2PO4, pH 6.2) | Prepared in house | ||
Assay buffer (PBS, 1% Bovine Serum Albumin, 0.01% Polysorbate-20) | Prepared in house | ||
Bovine Serum Albumin, heat shock fraction | MilliporeSigma | A-7888-50G | |
Coupling buffer (50 mM MES, pH 5.0) | Prepared in house | ||
COVID 19 M Coronavirus Recombinant Matrix Protein (6xHis tag) | MyBioSource | MBS8574735 | |
Disposable pipette tips | |||
EDC (1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride) | Thermo Fisher | PIA35391 | |
Goat Albumin, Fraction V Powder | MilliporeSigma | A2514-1G | |
IgA Goat anti-Human, R-PE, Polyclonal | Thermo Fisher | OB205009 | |
IgG Goat anti-Human, R-PE, Polyclonal | Thermo Fisher | OB204009 | |
IgG Goat anti-Rabbit, R-PE, Polyclonal | Thermo Fisher | OB403009 | |
IgM Goat anti-Human, R-PE, Polyclonal | Thermo Fisher | OB202009 | |
IgM Mouse anti-Human, SB 436, Clone SA-DA4 | Thermo Fisher | 62999842 | |
Instrument Analyzer | Luminex Corp. | INTELLIFLEX-RUO | |
Low-Bind microcentrifuge tubes (1.5 mL) | Thermo Fisher | 13-698-794 | |
MagPlex-C Microspheres, Region XXX | Luminex Corp. | MC10XXX-01 | |
MES hydrate (2-(N-Morpholino) ethane sulfonic acid hydrate) | MilliporeSigma | M2933 | |
Microplate aluminum sealing tape | Thermo Fisher | 07-200-683 | |
Polysorbate-20 | Thermo Fisher | BP337-500 | |
Quality Biological Inc. PBS, pH 7.2 | Thermo Fisher | 50-751-7328 | |
Quench buffer (PBS, 1% Goat Serum Albumin, 0.01% Polysorbate-20) | Prepared in house | ||
SARS-CoV-2 (2019-nCoV) Nucleocapsid Protein (His tag) | Sino Biologicals | 40588-V08B | |
SARS-CoV-2 (2019-nCoV) Spike Protein (S1 Subunit, His tag) | Sino Biologicals | 40591-V08H | |
SARS-CoV-2 (2019-nCoV) Spike RBD Antibody, Rabbit pAb | Sino Biologicals | 40592-T62 | |
SARS-CoV-2 (2019-nCoV) Nucleocapsid Antibody, Rabbit mAb | Sino Biologicals | 40588-R0004 | |
SARS-CoV-2 (COVID-19) Membrane Antibody (IN), Rabbit pAb | ProSci | 10-516 | |
Sulfo-NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) | Thermo Fisher | PIA39269 | |
Wash Buffer (PBS, 0.01% Polysorbate-20) | Prepared in house | ||
Water, LC/MS grade | Thermo Fisher | W-64 |