В данной статье описан удобный метод мониторинга динамических изменений титров антител для двух изотипов иммуноглобулина одновременно (IgA, IgM или IgG) в результате иммунного ответа на инфекцию SARS-CoV-2 или вакцинацию. Эта «Мультианалитическая панель иммунного ответа Covid-19» использует три косвенных иммуноанализа, построенных на закодированных микросферах, которые считываются с помощью мультиплексного считывателя на основе потока с возможностью «двухканального».
Мультиплексные технологии для совместного опроса нескольких биомаркеров существуют уже несколько десятилетий; однако методы оценки нескольких эпитопов на одном и том же анализируемом веществе остаются ограниченными. В этом отчете описывается разработка и оптимизация мультиплексированного иммунобусирного анализа для серологического тестирования общих изотипов иммуноглобулинов (например, IgA, IgM и IgG), связанных с иммунным ответом на инфекцию SARS-CoV-2 или вакцинацию. Анализы были выполнены с использованием проточного мультиплексного флуоресцентного считывателя с двухканальной функцией. Оптимизация была сосредоточена на времени захвата анализируемого вещества, концентрации антител обнаружения и времени инкубации антител обнаружения. Эксплуатационные характеристики аналитического анализа (например, диапазон анализа (включая нижний и верхний пределы квантования); а также внутри- и межпробирная точность) были установлены для комбинации серотипов IgG/IgM или IgA/IgM в тандеме с использованием двухканального режима. Время захвата аналита 30 мин для IgG, 60 мин для IgM и 120 мин для IgA было подходящим для большинства применений, обеспечивая баланс производительности анализа и пропускной способности. Наблюдалось оптимальное обнаружение инкубаций антител при 4 мкг/мл в течение 30 мин и рекомендуется для общих применений, учитывая общую отличную точность (процентный коэффициент дисперсии (%CV) ≤ 20%) и наблюдаемые значения чувствительности. Динамический диапазон для изотипа IgG охватывал несколько порядков величины для каждого анализа (Spike S1, Nucleocapsid и Мембранные гликопротеины), что поддерживает надежные оценки титра при коэффициенте разбавления 1:500 для клинических применений. Наконец, оптимизированный протокол был применен для мониторинга сероконверсии Spike S1 для субъектов (n = 4), которые завершили схему вакцинации против SARS-CoV-2. В этой когорте наблюдалось, что уровни Spike S1 IgG достигают максимальных титров через 14 дней после введения второй дозы при гораздо более высокой (~ 40-кратной) интенсивности сигнала, чем изотипы IgM или IgA. Интересно, что мы наблюдали очень изменчивые скорости распада титра Spike S1 IgG, которые в значительной степени зависели от субъекта, что станет темой будущих исследований.
Одновременное измерение нескольких связанных с заболеванием биомаркеров в биологических образцах позволяет описательно и прогнозно понять патологические процессы. В то время как обычные иммунологические процедуры с одним анализом, такие как иммуноферментные анализы (ИФА), были краеугольным камнем количественного анализа как в клинических, так и в исследовательских условиях, эти методы могут иметь существенные ограничения в отношении пропускной способности, количества образцов, необходимых для каждого измерения, и экономической эффективности, которые значительно ограничивают изучение нескольких биологических элементов, которые часто переплетаются на протяжении всего течения заболевания1. . Технология мультиплексирования на основе микросферы стала незаменимой платформой как для диагностических, так и для исследовательских учреждений благодаря своей способности комбинировать анализы для повышения пропускной способности лаборатории, смягчения дефицита образцов и сокращения повторяющихся испытаний для максимальной экономии средств 1,2,3,4. В последнее время было введено дальнейшее увеличение этой мультиплексирующей мощности с помощью инструментов, обладающих возможностями двойного репортера. Функция двойного репортера реализует два флуоресцентных канала для обнаружения, обеспечивая еще одно измерение мультиплексирования, позволяя обнаруживать несколько эпитопов на одном анализируемом объекте.
Коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) является возбудителем, ответственным за текущую пандемию коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19)5. В то время как тестирование ОТ-ПЦР имеет решающее значение для подтверждения инфекции в начале течения заболевания, серологические исследования титров антител оказались необходимыми для точной и полной критики людей в отношении предыдущего воздействия или выздоровления; ответные меры на иммунизацию; и/или оценка эффективности вакцинации против Covid-19 6,7.
В этом отчете описываются методы измерения сероконверсии для нескольких вирусных антигенов SARS-CoV-2, которые используют систему двойной отчетности мультиплексного считывателя на основе потока. В частности, описано одновременное обнаружение двух подтипов антител (сконфигурированных как IgG/IgM или IgA/IgM) для 3-плексной панели антигенов SARS-CoV-2, которая включает анализы для гликопротеинов Spike S1, Nucleocapsid и Membrane (aka Matrix). Такой подход обеспечивает идеальное предприятие для захвата продольной сероконверсии и вносит ценный инструмент в арсенал против пандемии Covid-19.
Оценка иммунного ответа на воздействие SARS-CoV-2 в сочетании с эпиднадзором за статусом инфекции на основе ОТ-ПЦР была хорошо описана как рецепт для уточнения хода выздоровления от Covid-19, чтобы служить средством для выявления реконвалесцентной плазмы с потенциальной терапевтической ценностью и для обследования показателей инфицирования на популяционной основе10,11. Различные примеры понимания сероконверсии у людей включают белковые (антигенные) массивы12, иммуноблоты13, быстрые иммунохроматографические конструкции14 и иммуноферментные анализы (ИФА)15,16,17. Каждый из этих вышеупомянутых методов может оценивать несколько изотипов иммуноглобулина индивидуально с незначительными изменениями. Эти процедуры, однако, не могут быть практически перепрофилированы, чтобы позволить параллельный анализ нескольких изотипов, как это представлено в этой рукописи, что делает факторы стоимости и пропускной способности ограничениями для их администрирования в стратегии тестирования на основе популяционного масштаба. Некоторые из этих приложений также предоставляют возможность объединять уровни нескольких антигенов параллельно либо в представленном виде, либо в измененных форматах, таких как мультиплексная ИФА 18,19. Наконец, платформа иммуногранул обеспечивает возможность оценки уровней нескольких антигенов параллельно20,21, но была ограничена одним эпитопом (т.е. изотипом иммуноглобулина) за анализ, если, однако, не используется недавний инструмент с возможностями «двухканального» анализа.
В этом отчете перечислены протоколы, которые устанавливают надежное измерение нескольких эпитопов в анализе иммуногранулы с использованием инструмента в «двухканальном» режиме в тематическом исследовании сероконверсии людей, вакцинированных covid-19. Метод продемонстрировал отличную точность (% значений CV обычно <20%) с использованием конструкций ручного анализа, которые могут быть улучшены с интеграцией лабораторных автоматизированных систем. Чувствительность анализа и динамический диапазон для всех выбранных аналитов и эпитопов были пригодны для рутинных оценок. Хотя отсутствие коммерчески доступных иммунореагентов антиантигена IgA и IgM ограничивало количественное определение изотипа IgG, такое ограничение не исключает возможности предлагать полуколичественные оценки или оценки относительно конкретного образца в качестве калибранта22,23.
Подтвержденный анализ иммуногранулы был выделен для исследования сероконверсии в когорте людей, иммунизированных вакциной против Covid-19. В отличие от других подобных платформ, семейство приборов позволяет искать сероконверсию у сотен людей в день в ручном рабочем процессе и тысяч в день в автоматизированной схеме. В целом, эти результаты подтверждают, что «двухканальный» подход имеет соответствующую чувствительность для описания нескольких эпитопов параллельно для идентичного анализа и является жизнеспособным в многоаналитном контексте. Разница в чувствительности к каналу 1 и каналу 2, выполненная с флуорофорами фикоэритрина и Super Bright 436 соответственно, может оправдать разработку конкретного эксперимента для обеспечения получения жизнеспособных аналитических результатов для данного эксперимента. То есть резервирование канала 1 для эпитопов или аналитов более низкой распространенности может быть необходимо для поддержания динамического диапазона анализа, включающего наблюдаемые значения неизвестных. Помимо этого соображения, дизайн анализа был очевиден и должен быть легко доступен для лабораторий с ограниченными аналитическими возможностями. Конечно, это соображение следует взвешивать при рассмотрении помех канала 1 к каналу 2, как мы отметили на рисунке 5, в результате чего помехи от изотипов с более высокой плотностью могут вызывать вводящие в заблуждение аналитические ошибки для тех, кто находится в гораздо меньшем изобилии при измерении в двухканальном формате. Этот потенциал для вмешательства в ситуации с сильно отличающимися концентрациями анализируемого вещества может представлять собой значительное ограничение для подхода, если он не будет должным образом обработан на этапе проектирования анализа.
В заключение был представлен метод быстрого измерения титров антител из основных изотипов иммуноглобулина, связанных с иммунным ответом на инфекцию Covid-19 или вакцинацию. Применение этого подхода продольным образом для оценки сероконверсии может дать представление, которое можно было бы лучше использовать для управления и / или мониторинга течения заболевания или, в качестве альтернативы, руководства перспективными программами бустерной вакцины против Covid-19.
The authors have nothing to disclose.
Авторы хотели бы поблагодарить Rush Biomarker Development Core за использование своих объектов, Rush Biorepository для регистрации субъектов и обработки биообразцев, а также Гранты Чикагской сети оценки коронавируса (Chicago CAN) Фонда Уолдера (Chicago CAN) Initiative SCI16 (J.R.S. и J.A.B.) и 21-00147 (J.R.S. и J.A.B.) и награду от Swim Across America Foundation (J.A.B.).
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 |