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Optimización del Ensayo Serológico de Reportero Único.
La estrategia de acoplamiento para todos los antígenos del SARS-CoV-2 se describe en Cameron, et al., 20201 y en el paso 2.1 anterior. La estrategia para la confirmación de acoplamiento se describe en el paso 2.3 anterior. Para un acoplamiento eficiente, los valores medios de intensidad de fluorescencia (IMF) deben ser significativamente más altos que las reacciones de control negativas sin suero/sin anticuerpos y deben demostrar una respuesta a la dosis de disminución de la señal de IMF con cantidades decrecientes de reactivo de detección. Las IMF de aproximadamente 1.000 unidades de IMF o más sobre la IMF de fondo generalmente indican un acoplamiento eficiente de proteínas y dependen de la concentración y especificidad del reactivo de detección utilizado. Usando este método, la confirmación del acoplamiento de antígenos S, RBD y Nc se probó para dos lotes de perlas(Figura 2). Las señales de IMF para todos los antígenos fueron significativamente más altas que la IMF de fondo y mostraron una respuesta a la dosis con titulación de los reactivos de detección. Los datos también mostraron una buena reproducibilidad de los niveles de IMF entre los dos lotes diferentes de cuentas acopladas.
La optimización del ensayo de un solo reportero se realizó como se describe en Cameron, et al., 20201. Cada antígeno se probó a diferentes concentraciones de acoplamiento con diferentes diluciones de varias muestras de suero que representan muestras altas, medias, bajas y negativas. Además, debido a que el ensayo mide los títulos de IgG, se utilizó un suero despojado de IgG como muestra negativa adicional. Los resultados de una serie de dilución de muestra representativa con diferentes niveles de acoplamiento de antígenos se muestran en la Figura 3. Esta serie de dilución inicial se probó con una concentración fija de reactivos de detección para obtener un rango potencial de niveles representativos de MFI específicos del antígeno y de fondo. A partir de estos datos, se determinaron rangos de dilución de muestras adicionales y niveles de acoplamiento de antígenos y se probaron más a fondo con muestras adicionales (datos no mostrados).
A continuación, se optimizó la concentración del reactivo de detección para su uso con las diferentes diluciones séricas y niveles de acoplamiento de antígenos. Los datos representativos utilizando 6 muestras positivas y 2 negativas se muestran en la Figura 4. Tras realizar pruebas adicionales con varios cientos de muestras de suero pre-COVID-19 negativas, se seleccionaron los niveles óptimos finales de acoplamiento de antígenos y las concentraciones de detección regente para el protocolo de ensayo final, tal como se describe en la sección 5.
Conversión a un único ensayo de neutralización de reportero
La conversión del ensayo serológico de un solo reportero a un ensayo de neutralización se logró agregando un paso de incubación utilizando ACE2 (como reactivo competidor) con las perlas antes de agregar la muestra de suero. Al valorar la cantidad de ACE2 añadida, se observó inhibición de la unión de IgG a los antígenos S y RBD, como se muestra en la Figura 5. Mientras que los 11 sueros de pacientes tenían diferentes títulos de IgG, cada uno mostró una disminución significativa en la señal de IMF con el aumento de la concentración de ACE2. Como era de esperar, ACE2 solo afecta las señales MFI de S y RBD, pero no el antígeno Nc.
El porcentaje de señal MFI residual en relación con 0 μg/mL ACE2 para todas las muestras se muestra en la Figura 6. Para la mayoría de las muestras, se observó una pérdida de señal >30% para S y RBD con aumento de la concentración de ACE2. Como era de esperar, no hubo ningún efecto de ACE2 en la señal Nc.
Conversión a un ensayo serológico dual de IgG e IgM
Para el ensayo de igG e IgM de doble reportero, se utilizaron las condiciones estándar de ensayo de un solo reportero para probar diferentes combinaciones de anticuerpos y reporteros para los dos canales de reporteros. El canal RP1 es similar a los instrumentos de análisis de flujo anteriores con detección de fluorescencia "naranja" para colorantes reporteros como el PE. El segundo canal, RP2, emplea un láser de excitación violeta que se puede utilizar para detectar la fluorescencia "azul" de colorantes excitados a 402 nm con picos de espectros de emisión en el rango de 421-441 nm.
Se probaron varias combinaciones diferentes de anticuerpos igG e IgM antihumanos a varias concentraciones con las condiciones estándar de dilución e incubación de la muestra de 2.000 veces detalladas en la sección 6. Se realizó una prueba inicial de anti-IgM conjugado con el colorante reportero DyLight 405 (DL 405; excitación a 400 nm y emisión a 420 nm) para el canal RP2 utilizando un conjunto de 11 muestras POSITIVAS para PCR con DFSO que oscilaron entre 5 y >60 días, y una muestra de suero sin IgG. Este reactivo de detección no produjo una señal alta en el canal RP2 como se muestra en la Figura 7A,B, C. Para muestras con la alta IgM RP2 MFI, las señales más altas se observaron para RBD y Nc(Figura 7B,C). Si bien los títulos de IgM deben elevarse en este momento en algunas muestras, los niveles observados de IMF no superaron las 140 unidades de IMF con el reactivo de detección de IgM. Además, la cuenta de control para IgM carecía de un rango dinámico significativo para MFI cuando se usaba DL 405 conjugado a anti-IgM en comparación con un reportero anti-IgM RP1 etiquetado con PE utilizado en las mismas concentraciones (Figura 7D).
Debido a que no se disponía de un reactivo de detección adecuado para IgM etiquetado como reportero RP2, se probó el uso de la biotina original anti-IgG con SASB en el canal RP2. La señal para IgG en el canal RP2 con SASB no tenía el mismo rango dinámico que con SAPE, pero aún tenía un rango adecuado para medir títulos de IgG para S, RBD y Nc(Figura 8). Estos datos llevaron a probar diferentes combinaciones de reactivos de detección de IgM RP1 IgM y RP2 IgG, como se describe a continuación.
Conversión a ensayo de neutralización de doble reportero
El ensayo serológico de doble reportero se convirtió en un ensayo de neutralización agregando una etapa de incubación con ACE2 y perlas, antes de agregar la muestra de suero. Se utilizó una serie de dilución de 2 veces de ACE2 a partir de 16 μg / ml, y luego se probó con conjuntos de 11 muestras y sueros despojados como se describió anteriormente. Además, se probaron 3 combinaciones diferentes de mezclas de anticuerpos de detección de IgM RP1 y RP2 IgG en un conjunto de 11 muestras y controles de suero despojados. Las combinaciones finales y las concentraciones de reactivos determinadas como óptimas se detallan en la Tabla 1.
Para la detección de IgG, la biotina anti-humana IgG / SASB utilizada en el ensayo original de un solo reportero se probó junto con otra anti-IgG conjugada con el tinte reportero de BV. Mientras que el conjugado BV tenía altas señales MFI RP2, la intensidad de la señal MFI para el título de IgG varió a través de las valoraciones ACE2(Figura 9A,C, E). La combinación de IgG/SASB antihumana de biotina tuvo una disminución de la señal de IMF más consistente en toda la titulación de ACE2 en comparación con el conjugado de VB, lo que demuestra una respuesta a la dosis, aunque los niveles de IMF fueron más bajos. La fluctuación de la señal por el conjugado BV a través de las concentraciones de ACE2 también interfirió con la determinación del porcentaje de inhibición por ACE2 en todo el rango de títulos de IgG en comparación con la combinación de IgG / SASB antihumana de biotina(Figura 9B,D, F). Las muestras con señales MFI bajas, como la muestra DFSO 3, no tienen títulos lo suficientemente altos como para evaluar el rendimiento de estos reactivos o medir la capacidad de neutralización de IgG.
Para determinar los títulos de IgM en el canal RP1, se comparó un anti-IgM conjugado con PE con un IgM antihumano conjugado con el colorante reportero DyLight 549 (DL 549; excitación a 562 nm y emisión a 576 nm) a las concentraciones enumeradas en la Tabla 1. De estos dos reactivos, el PE anti-IgM mostró IMF más altas que las generadas por DL 549 igM anti-humana para las muestras analizadas (Figura 9A,C, E). La cuenta de control de IgM que mide la adición de estos reactivos tuvo diferentes IMF promedio de ≈17,000 para el PE anti-IgM y 2,723 para el conjugado DL 549. Incluso con estas diferencias, el impacto de las diversas concentraciones de ACE2 en la IMF fue medible con el conjugado DL 549. Para determinar la inhibición del porcentaje ACE2 de la unión a IgM, hubo una diferencia leve pero insignificante entre los dos reactivos de detección de IgM(Figura 9B,D, F).
| Combinación | Reportero | Concentración final en pozo (μg/mL) |
| RP1 | RP2 |
| 1 | PE anti-IgM | 2 | - |
| Biotina-Ig | - | 0.62 |
| SASB | - | 4 |
| 2 | DyLight 549 IgM antihumano | 1 | - |
| Violeta brillante 421 IgG antihumana | - | 1 |
| 3 | DyLight 549 IgM antihumano | 1 | - |
| Biotina-Ig | - | 0.62 |
| SASB | - | 4 |
Tabla 1: Lista de combinaciones de colorantes reportero RP1 y RP2 probadas. Se evaluaron varios colorantes reporteros RP1 y RP2 diferentes para medir los títulos de IgG e IgM. Las tres combinaciones mostradas anteriormente se probaron en diferentes modos de detección RP1 y para la optimización del ensayo de neutralización. Para las combinaciones de RP2 que utilizan SASB, se muestran las concentraciones para el anticuerpo de detección biotinilado y SASB. *La concentración final representa la concentración final en el pozo de reacción.

Figura 1:Diagrama de flujo que destaca los pasos principales del protocolo de ensayo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Confirmación del acoplamiento de antígenos. Los antígenos se acoplaron a 100, 10 y 1 pmol/106 perlas. Para los antígenos S y RBD, se utilizaron sueros anti-S de conejo y se detectaron con PE anti-conejo IgG. Para Nc, se utilizó un anti-Nc policlogonal de conejo purificado con Proteína G. Se muestran las curvas de valoración para cuentas acopladas con 10 pmol S (A), 100 pmol RBD (B) y 100 pmol Nc (C). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Optimización de la dilución sérica con diferentes niveles de acoplamiento de antígenos. Las muestras de suero que representan muestras altas, medias, bajas y negativas se analizaron con los diferentes acoplamientos de antígeno pmol /10 6 perlas. Se probó una titulación sérica de 4 veces con una mezcla multiplex de perlas acopladas a antígenos utilizando el protocolo de ensayo descrito en la sección 5. Se muestran los valores MFI de las curvas de valoración para S (A), RBD (B) y Nc (C). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Determinación de la dilución sérica óptima y concentración de reactivos de detección. Ocho muestras de suero, incluidos pacientes negativos (2 muestras) y de bajo a alto positivo (6 muestras), se analizaron en diluciones séricas adicionales con tres concentraciones diferentes de reactivos de detección. Los resultados de MFI se muestran para S (A), RBD (B) y Nc (C). Sobre la base de estos y otros datos (no mostrados), se seleccionó una dilución de la muestra de 1:2.000 y una concentración de anticuerpos de detección de biotina de 0,62 μg/ml. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Optimización del ensayo de neutralización de un solo reportero. La modificación del ensayo serológico de un solo reportero a un ensayo de detección de anticuerpos neutralizantes se realizó agregando una etapa de incubación con ACE2 como competidor, como se describe en la Sección 6. Se analizaron un conjunto de 11 muestras, que van desde sueros de título de bajo a alto positivo, y una muestra de suero rayado con IgG con una serie de dilución doble de ACE2 a partir de 4 μg / ml, utilizando condiciones de ensayo estándar. A través de este rango de concentraciones de ACE2, se puede ver una disminución en MFI con un aumento de ACE2 para S (A) y RBD (B), pero no para Nc (C). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Porcentaje de inhibición de la señal con ACE2. Se muestra el porcentaje de señales residuales para el conjunto de 11 muestras (de la Figura 4). Para cada muestra, independientemente de su título de IgG, se logró una disminución máxima de la señal MFI del ≥30% para S (A) y RBD (B) a la concentración más alta de ACE2. Para el antígeno Nc(C)no hubo inhibición significativa de la señal con ninguna cantidad de ACE2 probada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7: Prueba de DyLight 405 anti-IgM como reactivo de detección de IgM RP2. Se utilizó un conjunto de 11 muestras y sueros despojados de IgG para probar DL 405-conjugado anti-IgM como un reactivo de detección RP2. Se muestran las señales RP2 IgM MFI para S (A), RBD (B) y Nc (C). La señal MFI más alta para cualquier antígeno con cualquier muestra fue de aproximadamente 140 unidades MFI para RBD con muestra H (B). Incluso la señal en el conjunto de perlas de control de IgM fue inferior a 1.000 MFI en el canal RP2 en todo el rango de título de anticuerpos y no mostró el aumento del rango dinámico observado con el anticuerpo de detección PE anti-IgM en el canal RP1 (D). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 8: Optimización de SASB como reportero RP2 con Biotina anti-IgG. Se utilizó un conjunto de 11 muestras y sueros despojados de IgG para probar una serie de dilución de SASB con el anti-IgG de biotina estándar de 0,62 μg/mL. Se muestran las IMF IgG resultantes en el canal RP2 para S (A), RBD (B) y Nc (C). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 9: Comparación de tres combinaciones diferentes de mezclas de detección de IgM RP1 y RP1 IgG. Se probaron tres mezclas diferentes de anticuerpos de detección en 11 muestras y sueros eliminados de IgG. Las combinaciones y concentraciones finales utilizadas se describen en la Tabla 1. Todas las muestras se analizaron con una dilución ace2 de 2 veces, a partir de 16 μg/ml. Se muestran los datos para muestras en DFSO de 3, 12 y 30 días. Las señales MFI para RP1 IgM (naranja) y RP2 IgG (azul) se muestran en A (DFSO 3), C (DFSO 12) y E (DFSO 30). Las IMF residuales del porcentaje de ACE2 se muestran en B (DFSO 3), D (DFSO 12) y F (DFSO 30). Las señales que representan una disminución del >30% en comparación con los controles No ACE2 se resaltan en verde claro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.