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In diesem Bericht wird die Entwicklung eines auf zwei Reporterkügelchen basierenden Borrelien-Immunoassays vorgestellt, der die Anti-Borrelien-Immunreaktivität in Serumproben reproduzierbar und sensitiv bestimmt12. Die verschiedenen pathogenen Borrelienarten, die die Lyme-Borreliose verursachen, können durch variantenspezifische Antigenheterogenität unterschiedenwerden 6,7,8,9. Der Multiplex-Assay wertet gleichzeitig die IgG- und IgM-vermittelte Anti-Borrelien-Immunreaktivität innerhalb derselben Reaktionsvertiefung aus, wodurch Reagenzien, Arbeitskräfte und Probenmaterial eingespart werden, die sonst für die separate Durchführung von zwei Singleplex-Assays erforderlich wären. Der Vergleich von IgM- und IgG-Antworten im Laufe der Zeit könnte eine bessere Verfolgung des Krankheitsverlaufs ermöglichen, da die Serokonversion von IgM zu IgG nach einer Infektion stattfindet6.
Das Dual-Reporter-System verwendet zwei verschiedene Detektionsantikörpersysteme13,15. Verwandte Experimente zeigten keine signifikante nachweisbare Kreuzreaktivität zwischen Borrelien-Anti-IgM- und Anti-IgG-Detektionssystemen, wenn beide Antikörperklassen zusammen im selben Reaktionswell analysiert wurden12. In Anbetracht der geringeren Bindungsaffinität von IgM- im Vergleich zu IgG-Antikörpern16,17 wählten wir einen PE-konjugierten Detektionsantikörper für den IgM-Nachweis (der erste Reporterkanal des Dual-Reporter-Instruments), da PE einer der am stärksten emittierenden Fluorophore ist, die routinemäßig in Immunoassays verwendet werden18. Für die IgG-Evaluierung verwendeten wir einen biotinylierten Detektionsantikörper, der anschließend mit BV421-konjugiertem Streptavidin (dem zweiten Reporterkanal des Instruments) beleuchtet wurde19. Trotz des zusätzlichen 30-minütigen Inkubationsschritts im Vergleich zum Single-Reporter-System liefert das Dual-Reporter-System die doppelte Information pro Reaktion. Insgesamt erfordert der Multiplex-Assay mit zwei Reportern weniger kumulativen Zeit- und Materialaufwand als die Durchführung von Assays mit zwei einzelnen Reportern.
Die starke Leistung und Stabilität des gemultiplexten Borrelien-Assays wurde durch eine hohe Reproduzierbarkeit in Intra- und Inter-Assay-Präzisionsstudien sowie durch den Nachweis der Verdünnungslinearität und Verdünnungsparallelität über einen breiten Bereich von Probenkonzentrationen sowohl für die IgG- als auch für die IgM-Bewertung veranschaulicht. Wir beobachteten höhere absolute Fluoreszenzemissionswerte für die gleichen Fluorophore mit dem Einkanal-Gerät im Vergleich zum Zweikanal-System (≈1,7 × höher mit PE), was auf Unterschiede in der Optik und den Kalibrierungseinstellungen zwischen den beiden Instrumenten zurückzuführen ist (Abbildung 4). Nichtsdestotrotz blieben die Fluoreszenzemissionskurven mit beiden Fluorophoren bei hohen und niedrigen Probenverdünnungsextremen innerhalb des linearen Bereichs beider Instrumente, und eine Diskrepanz in der gemessenen absoluten Fluoreszenz hatte keinen Einfluss auf die Klassifizierung des Borrelien-Expositionsstatus . 12
Ein großer Vorteil dieses Bead-basierten Borrelien-Multiplex-Assays ist die Leichtigkeit, mit der der Assay modifiziert oder erweitert werden kann, um verschiedene oder zusätzliche Analyten zu evaluieren, z.B. um Antikörper gegen Antigene weiterer Borrelienspezies nachzuweisen. xMAP-Magnetbead-Sets enthalten verschiedene Farbstoffkombinationen, die im Klassifikationskanal des Geräts unterschieden werden können und theoretisch in Multiplex-Assays implementiert werden können, die gleichzeitig bis zu 500 einzigartige Analyten in derselben Probe auswerten können. Während in der aktuellen Studie vier repräsentative Borrelien-Antigene hervorgehoben werden, um die Funktionalität und Stabilität des Assays zu demonstrieren und das Single- und Dual-Reporter-System zu vergleichen, werden im finalen Assay acht Antigene abgefragt, die zusammen alle fünf klinisch relevanten Borrelien-Erreger identifizieren können, die in Europa und Nordamerika zirkulieren12.
Eine hohe Durchsatzleistung ist mit Standard-384-Well-Mikrotiterplatten in einem halbautomatischen Assay-Format möglich. Die Kompatibilität des Assays und der Geräte mit 96- und 384-Well-Platten ermöglicht den Einsatz des Borrelien-Multiplex-Assays als effizientes Screening-Tool für die schnelle Analyse großer Probensätze, wie z. B. nationale Studien20. Die manuelle Durchführung des Assays bleibt für kleinere Probensätze mit kleineren 96-Well-Platten möglich.
Zu den Einschränkungen der Studie gehört die vergleichende Bewertung von nur wenigen Borrelien-Immunreaktivitätszielen in einer kleinen Anzahl von humanen Serumproben. Die ursprüngliche Studie bestätigte jedoch, dass die Assay-Leistung sowohl für IgG als auch für IgM beibehalten wurde, wenn acht Antigene aus allen fünf bekannten Borrelienarten innerhalb eines größeren Stichprobensatzes analysiert wurden12. Außerdem kann das Dual-Reporter-Gerät innerhalb jeder Reaktion nur zwei Antikörper-Isotypen gleichzeitig bewerten, so dass für eine vollständige Isotyp-Profilierung zusätzliche Assay-Reaktionen erforderlich wären13.
Zusammenfassend beschreibt dieser Bericht die erfolgreiche Fusion und Umwandlung von Bead-basierten Single-Reporter-Immunoassays in Dual-Reporter-Assays, die gleichzeitig pathogene Borrelien-spezifische IgG- und IgM-Antikörper in humanen Serumproben evaluieren können. Dieser kombinierte Ansatz spart insgesamt Zeit, Material und Arbeitsaufwand, um das gleiche Datenvolumen wie zwei unabhängige Einzelreporter-Assays zu generieren. Der Multiplex-Assay kann vom 96-Well- bis zum 384-Well-Mikrotiterplattenformat skaliert werden und kann durch den Einsatz von Roboterplatten und Liquid-Handling-Instrumenten halbautomatisiert werden, wodurch er für Hochdurchsatzanwendungen wie große Bevölkerungsumfragen geeignet ist. Bead-basierte Dual-Reporter-Assay-Systeme haben sich bereits in der Vergangenheit als nützlich erwiesen, um beispielsweise Immunantworten auf andere virale und bakterielle Krankheitserregerzu bewerten 13,21, allogene Antikörperantworten gegen HLA-Epitope bei Organtransplantationenzu bewerten 22 und Mechanismen von Autoimmunerkrankungenzu erforschen 23. Der aktuelle Bericht beschreibt den Einsatz der Multiplex-Technologie zur Identifizierung der Exposition gegenüber den Borrelien-Erregern, die die Lyme-Borreliose verursachen, als Beispiel dafür, wie Labore diesen Ansatz zur Erforschung komplexer Immunmechanismen bei verschiedenen Pathologien anpassen können.