Arboviren sind zusammen für Tausende von Todesfällen pro Jahr verantwortlich. Diese Viren werden über infizierte Gliederfüßer, meist Stechmücken und Zecken, auf den Menschen übertragen. Der Schweregrad der arboviralen Infektionen ist vielfältig und reicht von einer asymptomatischen Infektion bis hin zu schweren Erkrankungen, die zum Tod führen können. Im Jahr 2024 verzeichnete die Weltgesundheitsorganisation (WHO) über 10.000 Todesfälle, die allein durch die vier Serotypen des Dengue-Virus (DENV) verursacht wurden1. Im selben Jahr infizierte das Virus über 14 Millionen Menschen, darunter 50.000 schwere Verläufe1. Während DENV das bekannteste Arbovirus ist, gehören zur Gruppe auch andere lebensbedrohliche Krankheitserreger, die für mehrere Ausbrüche weltweit verantwortlich waren. Eine kürzlich durchgeführte zusammenfassende Überprüfung der arboviralen Infektionen in Afrika ergab, dass diese Viren, darunter DENV, Gelbfiebervirus (YFV), Chikungunya-Virus (CHIKV), Krim-Kongo-Hämorrhagisches Fiebervirus (CCHFV), Rifttalfieber-Virus (RVFV), West-Nil-Virus (WNV) und Zika-Virus (ZIKV), im Jahr 2023 mindestens 29 Ausbrüche auf dem gesamten Kontinent verursachten2. Im Jahr 2022 hob ein vom WHO-Regionalbüro für Afrika veröffentlichter Bericht die derzeitigen Einschränkungen bei der Arbovirus-Überwachung in der gesamten Region hervor und betonte die dringende Notwendigkeit, Methoden zur Überwachung und Bekämpfung von Arboviren zu entwickeln3.
Die klinische Diagnose von arboviralen Infektionen ist aufgrund der Ähnlichkeiten in den Symptomen wie Fieber, Arthralgie und allgemeinem Unwohlsein, die bei anderen Krankheitserregern in endemischen Regionen üblich sind, schwierig4. Darüber hinaus ist aufgrund der Kozirkulation und potentiellen Koinfektion der Viren die Unterscheidung des ätiologischen Erregers schwierig5. Die Bestätigung im Labor ist für die Differentialdiagnose von entscheidender Bedeutung. Für den Nachweis von Arborviren in menschlichen Proben gibt es mehrere Methoden. Direkte Methoden, einschließlich molekulardiagnostischer Tests, Nachweis viraler Antigene und Virusisolierung, weisen das Vorhandensein des Erregers nach, während indirekte Methoden, wie z. B. die serologische Diagnose, die Immunantwort auf die Virusinfektion messen6.
Es wurde eine Vielzahl von Methoden zum Nachweis von Antikörperreaktionen auf Arboviren entwickelt. Dazu gehören Enzyme-linked Immunosorbent Assays (ELISAs), Komplementfixierung, Hämagglutinationshemmung und Mikrosphären-Immunoassays 6,7. In diesem Bericht wird ein Multiplex-Fluoreszenz-Mikrosphären-basierter Immunoassay (FMIA) zum Nachweis von Antikörperantworten auf Arbovirus-Antigene vorgestellt. Mikrosphären-basierte Assays8 werden in der Serologie häufig eingesetzt und bieten mehrere Vorteile, vor allem die Möglichkeit, mehrere Analyten in einer einzigen Reaktion mit minimalem Probenvolumen nachzuweisen. Optisch kodierte Mikrosphären (magnetische Polystyrolkügelchen), die mit rekombinanten Antigenen von Interesse beschichtet sind, werden in einem indirekten serologischen Immunoassay verwendet. Die gekoppelten Kügelchen werden dann mit Proben inkubiert, und antigenspezifische Antikörper werden mit einem Anti-Human-IgG-Sekundärantikörper nachgewiesen, der an einen Phycoerythrin (PE)-Fluorophor-Reporter konjugiert ist. Für die Detektion der emittierten Fluoreszenz, die als MFI gemeldet wird, stehen mehrere Analysatoren zur Verfügung.
Das Prinzip des Assays wird in Angeloni et al.8 ausführlich beschrieben. Kurz gesagt, die interessierenden Antigene sind chemisch an farbcodierte Mikrosphären gebunden. Dazu werden die Kügelchen zunächst mit 1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimid (EDC) und N-Hydroxysulfosuccinimid (Sulfo-NHS) behandelt, die die Carboxylgruppe auf der Oberfläche der Kügelchen aktivieren, wodurch eine aminreaktive Verbindung entsteht. Diese halbstabile Zwischenverbindung wird dann mit dem interessierenden Protein vermischt, wobei Amineinheiten des Proteins kovalent an die Kügelchen gebunden werden, wodurch stabile Mikrokügelchen erzeugt werden, die an der Oberfläche mit dem interessierenden Protein beschichtet sind. Die antigengebundenen Kügelchen werden mit Proben inkubiert, so dass Antikörper an spezifische Antigene binden können. Antigengebundene Antikörper werden mit Hilfe eines Antiimmunglobulin-Sekundärantikörpers nachgewiesen, der an einen Fluoreszenzfarbstoff konjugiert ist. Wir verwenden PE-markierte Sekundärantikörper. MFIs werden mit einem Licht-Imager gemessen (Details zum Gerät finden Sie in der Materialtabelle). Das Instrument verwendet zwei LED-Leuchten, eine rote LED und eine grüne LED, die separat die inneren Farbstoffe der Kügelchen und eine Reporterfluoreszenz auf der Oberfläche der Kügelchenanregen 9. Filter werden dann verwendet, um die Kügelchen anhand der Farbe zu klassifizieren und die von den Analyten emittierte Fluoreszenz zu quantifizieren.
Wir haben die Technologie bereits zum Nachweis von Antikörperreaktionen auf SARS-CoV-210 und durch Impfung vermeidbare Krankheiten11 eingesetzt und gezeigt, dass Multiplex-Assays ein unschätzbares Werkzeug für Seroprävalenz- und Überwachungsstudien darstellen. Das Ziel dieses Projekts ist es, die Verwendung der FMIA auf den Nachweis von Antikörperantworten auf mehrere Antigene von Arboviren auszuweiten, mit dem Ziel, den Assay auf Screening-Proben aus der afrikanischen Region anzuwenden.
Arbovirus-Multiplex-Assays mit Multiplex-Technologie wurden an anderer Stelle unter Verwendung verschiedener Antigenziele wie dem Nichtstrukturprotein 1 (NS1)12,13 oder der Hülldomäne III (EDIII)14 beschrieben. Es wird ein 50-Plex-Assay vorgestellt, der 26 Arbovirus-Antigene (einschließlich NS1, EDIII, viral-like particles (VLPs)) und mehrere andere Antigene zum Testen auf Krankheitserreger enthält, die in der Region mitzirkulieren. Der Assay wird eine Beurteilung der Übertragungsintensität für diese Erreger ermöglichen. Eine Zusammenfassung der rekombinanten Antigene, die für die Entwicklung des Assays verwendet wurden, ist in Tabelle 1 enthalten. Das in diesem Bericht vorgestellte Protokoll wurde in Ergänzung zu einer umfangreichen Methodenentwicklungsstudie entwickelt, die sich auf die Optimierung des Nachweises von Arboviren konzentrierte.
Üblicherweise erfolgt die Kopplung (oder Fixierung) von Antigenen an die Mikrosphärenkügelchen in Einzelröhrchen8 (manuelle Kopplung). Dieser Prozess ist zeitaufwändig, umständlich und anfällig für Reproduzierbarkeitsfehler. In diesem Artikel wird über ein Protokoll berichtet, das ein automatisiertes Instrument verwendet, um die aufeinanderfolgenden Schritte durchzuführen, die an der chemischen Bindung von Antigenen an die Beads beteiligt sind. In diesem Manuskript berichten wir über die Schritte, die zur Validierung des neuen Protokolls unternommen wurden. Die Validierung des neuen Protokolls erfolgte durch den Vergleich von IgG-Reaktionen, die mit einem 50-Plex-FMIA gemessen wurden, unter Verwendung von antigengekoppelten Kügelchen, die entweder mit der manuellen Methode oder dem automatisierten Protokoll hergestellt wurden. Eine weitere Validierung der Methode erfolgte durch die Analyse von humanen Serumproben aus afrikanischen und französischen Kohorten.
Das automatisierte Beads-Coupling-Protokoll ist schnell und ermöglicht die gleichzeitige Kopplung von bis zu 96 Analyten in einem einzigen Lauf. Noch wichtiger ist, dass die Ergebnisse mit denen vergleichbar sind, die mit dem etablierten manuellen Protokoll erzielt wurden, mit reduzierten Schwankungen von Charge zu Charge.