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Research Article
Juliane Corrêa Glória1,2,3, Yury Oliveira Chaves2,3,4, Adélia Marques de Figueiredo1, Caio Coutinho de Souza2, Eliza Raquel Duarte da Silva2, Jeniffer Clorives Lopes Batista2,5, Paulo Afonso Nogueira2,3,5, Luis André Morais Mariúba1,2,3,5
1Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia da Universidade Federal do Amazonas - UFAM, 2Instituto Leônidas e Maria Deane (ILMD),Fundação Oswaldo Cruz (FIOCRUZ), 3Programa de Pós-Graduação em Biologia da Interação Patógeno-Hospedeiro do Instituto Leônidas e Maria Deane (ILMD),Fundação Oswaldo Cruz (FIOCRUZ), 4Programa de Pós-graduação em Ciências Aplicadas à Hematologia – Universidade Estadual do Amazonas/Fundação Hospitalar de Hematologia e Hemoterapia do Amazonas, 5Programa de Pós-Graduação em Imunologia Básica e Aplicada, Instituto de Ciências Biológicas,Universidade Federal do Amazonas (UFAM)
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Dieses Protokoll beschreibt eine Methodik zur Herstellung von Latexkügelchen für Assays mit IgY-Antikörpern für den Antigennachweis.
Immunoassays sind wichtige Tests für den Nachweis zahlreicher molekularer Ziele. Unter den derzeit verfügbaren Methoden hat der zytometrische Bead-Assay in den letzten Jahrzehnten an Bedeutung gewonnen. Jede Mikrosphäre, die vom Gerät gelesen wird, stellt ein Analyseereignis der Wechselwirkungskapazität zwischen den zu testenden Molekülen dar. Tausende dieser Ereignisse werden in einem einzigen Assay abgelesen, wodurch eine hohe Assaygenauigkeit und Reproduzierbarkeit gewährleistet wird. Diese Methodik kann auch bei der Validierung neuer Inputs, wie z. B. IgY-Antikörper, für die Diagnose von Krankheiten eingesetzt werden. Diese Antikörper werden gewonnen, indem Hühner mit dem interessierenden Antigen immunisiert und dann das Immunglobulin aus dem Eigelb der Tiere extrahiert wird. Daher ist dies eine schmerzfreie und hochproduktive Methode zur Gewinnung der Antikörper. Neben einer Methodik zur hochpräzisen Validierung der Antikörpererkennungskapazität dieses Assays wird in dieser Arbeit auch eine Methode zur Extraktion dieser Antikörper, zur Bestimmung der besten Kopplungsbedingungen für die Antikörper und Latexkügelchen und zur Bestimmung der Sensitivität des Tests vorgestellt.
Unter den Immunoassay-Techniken zur Diagnose von Krankheiten hat sich der zytometrische Bead-Assay als hochempfindlicher und zuverlässiger Ansatz herausgestellt, da er die Analyse von Tausenden von Partikeln in einem einzigen Assay ermöglicht1. Diese Technik bietet nicht nur eine hohe Produktivität und die Verwendung kleinerer Probenvolumina, sondern auch eine große Flexibilität, da sie den Nachweis mehrerer Moleküle wie Zytokine, Adhäsionsmoleküle, Antikörperisotypen und Proteine ermöglicht 2,3.
Für die Entwicklung dieser Assays werden verschiedene Partikel verwendet, darunter Latexperlen, die ein effektiver und kostengünstiger Input sind. Diese können Modifikationen auf ihrer Oberfläche aufweisen, wie z. B. das Vorhandensein funktioneller Gruppen oder Proteine, die die kovalente oder nicht-kovalente Kopplung bestimmter Moleküle ermöglichen 3,4,5.
Diese Immunoassays verwenden Komponenten wie Antigene und Antikörper, um den Nachweis von Krankheitsmarkern durchzuführen, und erfordern in der Regel Antikörper von Säugetieren wie Mäusen, Kaninchen und Ziegen. Dies führt zu ethischen Problemen, da die Immunisierung von Säugetieren in der Regel viele Tiere erfordert, um einen guten Ertrag zu erzielen, sowie die häufige Durchführung von Verfahren, die zum Leiden der Tiere führen 6,7. Eine Alternative dazu ist die Verwendung von IgY-Antikörpern, die aus dem Eigelb immunisierter Hühner isoliert wurden, da im Eigelb hohe Konzentrationen der spezifischen Antikörper gegen die inokulierten Antigene zu finden sind; Die Produktion eines Huhns entspricht der Produktion von 4,3 Kaninchen im Laufe eines Jahres 6,7.
Daher ist es das Ziel dieses Protokolls, eine Methode zur Bewertung von IgY-Antikörpern bereitzustellen, die aus Hühnereigelb mittels Durchflusszytometrie mit Latexkügelchen gewonnen wurden. Zu diesem Zweck schlagen wir eine Standardisierungsmethode für einen zytometrischen Bead-Immunoassay im Sandwich-Format unter Verwendung von Latex-Beads vor. Als Modell haben wir IgY-Antikörper verwendet, die gegen das histidinreiche Protein-II-Antigen Plasmodium falciparum (IgY-Pf HRP2) gerichtet sind. Wir beschreiben eine Methode zur Extraktion der Antikörper, diskutieren die kritischen Schritte zur Bestimmung der Kopplungskonzentration dieser Antikörper an die Latexkügelchen und präsentieren eine Bewertung der Nachweisgrenze des Antigens. Die hohe Genauigkeit der Durchflusszytometrie, gepaart mit den niedrigen Kosten von Latexkügelchen, machen diese Technik für die Analyse von Immunoassay-Werkzeugen wie Antikörpern und Antigenen anwendbar. Diese Methode kann für die Detektion verschiedener Ziele verwendet werden.
HINWEIS: In der Materialtabelle finden Sie Details zu allen Materialien, Reagenzien und Instrumenten, die in diesem Protokoll verwendet werden.
1. Extraktion von IgY aus Eigelb
2. Sättigungskurve von IgY-Antikörpern gegen Latexkügelchen

Abbildung 1: Grafik der Durchflusszytometrie-Analyse zur Bestimmung des Sättigungspunktes der IgY-Pf HRP2 Antikörper-Kopplung an die Latexkügelchen. Die x-Achse stellt die Antikörperkonzentration dar, und die Y-Achse stellt die prozentuale Fluoreszenz dar. Kruskal-Wallis-Test, S. < 0,0033. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
3. Durchflusszytometrie-Assay auf Basis von Latexkügelchen zum Antigennachweis
4. Durchflusszytometerablesung der Proben
5. Probenanalyse mittels Durchflusszytometrie
Abbildung 2 zeigt eine grafische Darstellung des Extraktionsprozesses von IgY-Antikörpern durch Ansäuerung und anschließende Trennung mit Caprylsäure (Abbildung 2).

Abbildung 2: Schematische Darstellung des Extraktionsschritts von IgY-Antikörpern und der Trennung mittels Caprylsäure . (A) Abtrennung des Eigelbs, Rückgewinnung in einem konischen Röhrchen und Einfrieren. (B) Verdünnung des Eigelbs, Einstellung des pH-Werts auf 5. (C) Zentrifugation der Lösung und Filtration des Überstandes. (D) Zugabe von Caprylsäure und Zentrifugation der Lösung. (E) Überstehende Antikörper, die im vorherigen Schritt isoliert wurden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
In dieser Arbeit zeigten die Antikörper vor (Spur 1, Abbildung 3) und nach der Caprylsäuretrennung (Spur 2, Abbildung 3) ähnliche elektrophoretische Profile mit charakteristischen Banden von 65 kDa bzw. 27 kDa, die sich auf die leichten bzw. schweren Ketten des IgY beziehen. Darüber hinaus waren auch andere Banden sichtbar, wahrscheinlich aufgrund des C-terminalen Fragments des Eigelbproteins Vitellogenin II-Vorläufer10.

Abbildung 3: SDS-PAGE (12% Gel) zur Demonstration des elektrophoretischen Profils des IgY-Pf HRP2-Antikörpers vor und nach der Trennung mit Caprylsäure. Spur M: molekularer Marker des Proteins; Spur 1: IgY-PfHRP2-Antikörper vor der Caprylsäure-Trennung; Spur 2: IgY-Antikörper nach Caprylsäure-Trennung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Figur 4 ist eine schematische Darstellung des vorgeschlagenen Tests, einschließlich des ersten Schritts der Kopplung der IgY-Antikörper an die Latexkügelchen und der anderen Schritte zum Nachweis des Antigens und zum Ablesen in einem Durchflusszytometer.

Abbildung 4: Schematische Darstellung des zytometrischen Bead-Assays, der in der vorliegenden Studie vorgeschlagen wurde. (A) Inkubation von IgY-Pf-HRP2-Antikörpern mit Latexkügelchen. (B) IgY-Pf-HRP2-Antikörper, die an die Latexkügelchen gekoppelt sind. (C) Latexkügelchen, die an den IgY-Anti-Pf-HRP2-Protein gebunden sind, an den primären IgG-Antikörper gegen PfHRP2 der Maus und den fluoreszierenden sekundären Anti-Maus-Antikörpergekoppelt sind. (C1) Dot-Plot-Diagramm aus den Latexperlenproben, die mittels Durchflusszytometrie analysiert wurden. Die rosafarbene Linienbegrenzung stellt das Analysetor dar. (C2) Einzelzell-Analyse. (C3)Fluoreszenzanalyse einzelner Zellen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Die Bewertung der Sättigungskonzentration der Antikörper in den Kügelchen ist ein entscheidender Schritt für die Entwicklung eines Immunoassays mit Latexkügelchen. Abbildung 1 zeigt eine Kurve der prozentualen Fluoreszenz verschiedener Konzentrationen von Antikörpern, die an jeden Mikroliter kommerzieller Latexkügelchen gekoppelt sind. Mit zunehmender Konzentration wurden steigende Prozentwerte beobachtet, und die Prozentwerte erreichten bei einer Antikörperkonzentration von 2 μg ein Plateau; Dies wurde dann als die beste Kopplungskonzentration für die Durchführung des Immunoassays mit dem Zielantigen angesehen. Dieser Assay zeigte vernachlässigbare Standardabweichungen zwischen den Replikaten (Supplemental Table S1).
Die Nachweisgrenze wurde durch die Auswertung des Fluoreszenzprozentsatzes der Reaktivität der Latexkügelchen (die den Anti-Pf HRP2-Antikörper in der sättigenden Konzentration enthalten) gegen verschiedene Konzentrationen des rPfHRP2-Proteins bestimmt (Abbildung 5). Nach der Entwicklung mit einem Sandwich-Immunoassay konnte ein Anstieg der Fluoreszenz ab einer Menge von 0,01 μg des rPfHRP2-Proteins beobachtet werden, und die prozentuale Fluoreszenz erreichte ein Plateau bei einer Menge von 0,1 μg. Beim Vergleich der Mengen von 0 μg und 0,01 μg gab es keinen signifikanten Unterschied in der Fluoreszenz zwischen ihnen. Beim Vergleich der Menge von 0,01 μg mit 0,1 μg, 1 μg und 10 μg wurde jedoch ein signifikanter Unterschied in der Fluoreszenz beobachtet: p < 0,0048 (Kruskal-Wallis-Test) (Abbildung 5). Auch dieser Test zeigte minimale Standardabweichungen zwischen den Replikaten (Ergänzungstabelle S2).

Abbildung 5: Diagramm der Durchflusszytometrie-Analyse zur Bestimmung der Nachweisgrenze des Proteins rPfHRP2 im vorgeschlagenen Sandwich-Assay. Die x-Achse stellt die Konzentration des Proteins rPfHRP2 dar, und die Y-Achse stellt die erhaltene prozentuale Fluoreszenz dar. Kruskal-Wallis-Test, S . < 0,0048. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Ergänzende Abbildung S1: Fluoreszenzanalyse des Eigelb-Antikörper-basierten Bead-Assays mittels Durchflusszytometrie. (A) Morphometrische Analyse der Größe nach Komplexität (FSC/SSC), (B) Analyse einzelner Zellen nach Komplexität, (C) Analyse einzelner Zellen nach Größe, (D,E) Analyse der prozentualen Fluoreszenz von Alexa Fluor 488 in Kugeln auf der Basis von Eigelb-Antikörpern in unterschiedlichen Konzentrationen. Abkürzungen: FSC = Vorwärtsstreuung; SSC = seitliche Streuung. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzungstabelle S1: Prozentuale Mittelwerte und Standardabweichungen des Sättigungskurventests der IgY-PfHRP2-Antikörperkopplung an die Latexkügelchen. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzungstabelle S2: Prozentuale Mittelwerte und Standardabweichungen der Nachweisgrenze des Proteins rPfHRP2. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Die Autoren erklären, dass keine potenziellen Interessenkonflikte in Bezug auf die Forschung, die Autorenschaft und die Veröffentlichung dieses Artikels bestehen.
Dieses Protokoll beschreibt eine Methodik zur Herstellung von Latexkügelchen für Assays mit IgY-Antikörpern für den Antigennachweis.
Wir danken dem FIOCRUZ ("Programa de excelência em pesquisa básica e aplicada em saúde dos laboratórios do Instituto Leônidas e Maria Deane - ILMD/Fiocruz Amazônia-PROEP-LABS/ILMD FIOCRUZ AMAZÔNIA"), dem Postgraduiertenprogramm in Biotechnologie (PPGBIOTEC an der Universidade Federal do Amazonas - UFAM), der Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível (CAPES) und der Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (FAPEAM) für die Bereitstellung der Stipendien. Abbildung 2 und Abbildung 4 wurden mit biorender.com erstellt.
| Anti-Hühner-IgY (H+L), stark kreuzadsorbiert, CF 488A-Antikörper, hergestellt in Esel | Sigma-Aldrich | SAB4600031 | |
| Anti-Maus-IgG (H+L), F(ab′)2 | Sigma-Aldrich | SAB4600388 | |
| BD FACSCanto II | BD Biosciences | BF-FACSC2 | |
| BD FACSDiva CS& T Forschungsperlen (CS& BD | Biosciences | 655050 | |
| BD FACSDiva software 7.0 | BD Biosciences | 655677 | |
| Bio-Rad Protein Assay Farbstoffreagenzkonzentrat | Bio-Rad | #5000006 | |
| Rinderserumalbumin | Sigma-Aldrich | A4503 | |
| Caprilsäure | Sigma-Aldrich | O3907 | |
| Zentrifuge 5702 R | Eppendorf | Z606936 | |
| Chlorid 37% Säure | Molekularqualität NEON | 02618 NEON | |
| CML Latex, 4% w/v | Invitrogen | C37253 | |
| Megafuge 8R | Thermo Scientific | TS-HM8R | |
| N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide Hydrochlorid Pulver (EDC) | Sigma-Aldrich | E7750-1G | |
| N-Hydroxysuccinimid (NHS) | Sigma-Aldrich | 130672-25G | |
| Phosphat gepufferte Kochsalzlösung | Sigma-Aldrich | 1003335620 | |
| Natriumhydroxid | Acs Cientifica | P.10.0594.024.00.27 | |
| Natriumhypochlorit | Acs Cientifica | R09211000 | |
| Thermomixer Heat/Cool | KASVI | K80-120R |