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Ein Hochdurchsatz-Elektrochemilumineszenz-7-Plex-Assay zum gleichzeitigen Screening auf Typ-1-Diabetes und mehrere Autoimmunerkrankungen

Published: May 29, 2020 doi: 10.3791/61160
Automatic Translation
*1,2, *1,3, 1, 1, 1
1Barbara Davis Center for Diabetes, University of Colorado School of Medicine, 2Department of Endocrinology, Beijing Hospital, National Center of Gerontology; Institute of Geriatric Medicine, Chinese Academy of Medical Sciences, 3Department of endocrinology, Guangzhou First People's Hospital, School of Medicine, South China University of Technology
* These authors contributed equally

Summary

Wir modellieren einen einfachen Multiplex-ECL-Assay, der 7 Autoantikörper-Assays miteinander kombiniert. Der Test ist in der Lage, gleichzeitig auf T1D und mehrere andere Autoimmunerkrankungen zu untersuchen, einschließlich Zöliakie, Autoimmunerkrankungen der Schilddrüse und autoimmunes polyglanduläres Syndrom 1.

Abstract

Inselautoantikörper (IAbs) werden häufig bei der Diagnose und Vorhersage von Typ-1-Diabetes (T1D) eingesetzt. Vier wichtige IAbs zu Insulin (IAA), Glutamat-Decarboxylase-65 (GADA), Insulinom-Antigen-2 (IA-2A) und Zinktransporter-8 (ZnT8A) sind bei der Krankheitsvorhersage gleichermaßen wichtig. Derzeit entwickeln bis zu 40% der Patienten, bei denen T1D diagnostiziert wurde, andere Autoimmunerkrankungen. Leider sind aktuelle Screening-Methoden, die einen einzigen Autoantikörper zur Messung verwenden, für groß angelegte Screening-Studien mühsam und ineffizient. Wir haben kürzlich einen einfachen Multiplex-Elektrochemilumineszenz-Assay (ECL) entwickelt, um diese aktuellen Probleme anzugehen. Der Assay kombiniert alle 7 Autoantikörpertests in einer Vertiefung. Jede Vertiefung enthält drei IAbs (IAA, GADA und IA-2A), Autoantikörper gegen Schilddrüsenperoxidase (TPOA) und Schilddrüsenglobulin (ThGA) zum Nachweis von Autoimmunerkrankungen der Schilddrüse, Autoantikörper gegen Gewebetransglutaminase (TGA) für Zöliakie und Autoantikörper gegen Interferon alpha (IFNαA) für autoimmunes polyglanduläres Syndrom-1 (APS-1); alle suchen gleichzeitig nach T1D und anderen relevanten Autoimmunerkrankungen. Der Multiplex-ECL-Assay basiert auf der Single-ECL-Assay-Plattform, verwendet jedoch stattdessen die Multiplex-Platte, die mehrere Autoantikörper-Assays bis zu 10 in einer einzigen Vertiefung kombiniert. Der Hauptunterschied zum einzelnen ECL-Assay besteht darin, dass jeder in der Fluidphase gebildete Antikörper-Antigen-Komplex durch ein Linkersystem auf der Multiplexplatte an eine bestimmte Stelle in jeder Vertiefung zurückgehalten wird. Der 7-Plex-ECL-Assay in der vorliegenden Studie wurde gegen Standard-Radiobindungstests (RBA) und einzelne ECL-Assays validiert, wobei eine große Kohorte neu diagnostizierter T1D-Patienten und altersentsprechende gesunde Kontrollen verwendet wurde, was zu einer ausgezeichneten Assay-Sensitivität und -Spezifität führt.

Introduction

Typ-1-Diabetes (T1D) ist eine schwere chronische Erkrankung, die am häufigsten in der Kindheit auftritt. Derzeit haben rund 1,4 Millionen Menschen den T1D in den Vereinigten Staaten; Auffallend ist, dass die Inzidenz von T1D weltweit jedes Jahr stetig um 3-5% zunimmt und sich in den letzten zwei Jahrzehnten verdoppelt hat, insbesondere bei Kleinkindern 1,2. Inselautoantikörper (IAbs) im Blutkreislauf sind derzeit der zuverlässigste Biomarker. Das IAbs kann Jahre vor der Entwicklung des klinischen T1D auftreten3. Derzeit werden vier wichtige IAbs häufig in der T1D-Diagnose und im Risikoscreening eingesetzt, darunter Autoantikörper gegen Insulin (IAA), Glutamatdecarboxylase-65 (GADA), Insulinom-Antigen-2 (IA-2A) und Zinktransporter-8 (ZnT8A). Diese vier IAbs sind gleichermaßen wichtig für die Vorhersage der T1D-Entwicklung. Die Klassifizierung von T1D wurde kürzlich neu definiert als das Vorhandensein von ≥2 von 4 beliebigen IAbs mit einem normalen Glukosestoffwechsel als Krankheitsstadium 14.

In der Diabetes Autoimmunity Study in the Young (DAISY) wurde festgestellt, dass eines von vier Kindern mit einem Risiko für T1D wahrscheinlich zu Insel-, Zöliakie-, Schilddrüsen- oder rheumatoider Autoimmunität fortschreitet, und auffälliger ist, dass etwa 40% der Patienten, bei denen T1D diagnostiziert wurde, schließlich eine zusätzliche Autoimmunerkrankung entwickeln 5,6,7 . Die Identifizierung von Autoantikörpern ist für die Vorhersage und Diagnose dieser Autoimmunerkrankungen unerlässlich und sollte eine bessere klinische Versorgung der Patienten ermöglichen. Es gibt derzeit keine einfache und kostengünstige Möglichkeit, nach diesen multiplen Autoimmunerkrankungen zu suchen. Aktuelle Screening-Methoden mit Standard-Radiobindungsassay (RBA) mit einer einzigen Autoantikörpermessung sind mühsam und ineffizient für ein groß angelegtes Screening.

Hier werden wir den neu entwickelten einfachen Multiplex-ECL-Assay beschreiben, den wir mit einer einzigen ECL-Assay-Plattform 8,9,10,11 authentifiziert haben. Der Multiplex-ECL-Assay kombiniert 7 Autoantikörpertests in einer einzigen Vertiefung mit nur 15 μL Serum und ist in der Lage, gleichzeitig auf T1D und mehrere relevante Autoimmunerkrankungen zu untersuchen, einschließlich Zöliakie, Autoimmunerkrankungen der Schilddrüse und APS-1. Ein ZnT8A ECL-Assay war zu diesem Zeitpunkt noch nicht entwickelt worden und wurde nicht in den Multiplex-Assay aufgenommen. Der Multiplex-ECL-Assay bietet ein hervorragendes Werkzeug für den Hochdurchsatz beim allgemeinen Screening auf T1D und multiple Autoimmunerkrankungen.

Protocol

Das Forschungsprotokoll wurde vom Colorado Multiple Institutional Review Board genehmigt.

1. Puffervorbereitung

  1. Machen Sie den Beschriftungspuffer (2x PBS, pH 7,9). Mit 400 ml destilliertem entionisiertem (DD) Wasser 100 mL 10x PBS hinzufügen. Um den pH-Wert der Lösung einzustellen, fügen Sie NaOH hinzu, bis es 7,9 erreicht.
  2. Erzeugen Sie 3 mM Biotin, indem Sie 1 mg Biotin in 588 μL zuvor erzeugten Markierungspuffer auflösen. Machen Sie 3 mM Ru Sulfo-NHS, indem Sie 150 nmol Ru Sulfo-NHS in 50 μL Markierungspuffer auflösen.
  3. Stellen Sie den Antigenpuffer (1% BSA) her, indem Sie 500 ml 1x PBS nehmen und 5 g Rinderserumalbumin (BSA) zur Lösung geben. Bereiten Sie 0,5 M Essigsäurelösung vor. Bereiten Sie 1 M Tris-HCl-Puffer mit Trizma Base vor und stellen Sie den pH-Wert auf 9,0 ein.
  4. Für den Beschichtungspuffer (3% Blocker A) nehmen Sie 500 ml 1x PBS und fügen Sie 15 g Blocker A hinzu. Bereiten Sie den Waschpuffer (0,05 % Tween 20, PBST) vor, indem Sie 5000 mL 1x PBS mit 2,5 mL Tween 20 mischen. Erstellen Sie Lesepuffer (2x Lesepuffer T mit Tensid) durch Zugabe von 500 mL DD-Wasser und 500 ml 4x Lesepuffer T mit Tensid.
    HINWEIS: Um die Konsistenz zwischen den Assays zu wahren, ist es wichtig, dass sowohl die Biotin- als auch die Ru-Sulfo-NHS-Lösungen kurz vor dem Markierungsverfahren hergestellt und nicht für die zukünftige Verwendung erstellt und gelagert werden.

2. Markierung jedes Antigenproteins mit Biotin und Ru Sulfo-NHS separat

HINWEIS: Um eine effektivere Markierungsreaktion zu erzielen, verwenden Sie eine Antigenproteinkonzentration von ≥0,5 mg / ml.

  1. Berechnen Sie die molare Zahl jedes Antigenproteins und die molaren Zahlen des Biotins und Ru Sulfo-NHS. Fügen Sie eine angemessene Menge an Biotin oder Ru Sulfo-NHS zum Antigenprotein hinzu, um die Reaktion entsprechend dem molaren Verhältnis von Antigenprotein zu Biotin oder Ru Sulfo-NHS zu markieren.
    1. Für das Antigen mit dem kleineren Molekulargewicht (≤10 kDa), wie Proinsulinprotein, verwenden Sie ein molares Verhältnis von 1:5 (Antigen: Biotin und Ru Sulfo-NHS). Für das Antigen mit dem größeren Molekulargewicht (>50 kDa), wie das GAD-Protein, verwenden Sie ein molares Verhältnis von 1:20. Verwenden Sie für das Antigen mit einem mittleren Molekulargewicht (10-50 kDa) ein Molverhältnis, das zwischen 1:5-1:20 eingestellt ist.
  2. Sowohl für das Biotin als auch für Ru Sulfo-NHS dividieren Sie jedes Antigengewicht durch das entsprechende Molekulargewicht, um die Antigenmolarzahl für jedes zu erhalten. Teilen Sie die molare Zahl durch die Konzentration, um das Volumen für Biotin zu erhalten. Wiederholen Sie dies für Ru Sulfo-NHS.
  3. Mischen Sie das Antigenprotein mit Biotin unter Verwendung des richtigen molaren Verhältnisses, das in Schritt 2.2 bestimmt wird. Dann machen Sie dasselbe für Ru Sulfo-NHS.
    HINWEIS: Für die Effizienz der Markierungsreaktion müssen alle reduzierenden Chemikalien wie Tris oder Glycin im Puffersystem durch die Größenspinsäule in 2x PBS-Puffer, pH 7,9 ausgetauscht werden. Die Kennzeichnungsprotokolle für Biotin und Ru Sulfo-NHS sind identisch.
  4. Die Reaktionsröhrchen mit Aluminiumfolie abdecken und bei Raumtemperatur (RT) 1 h inkubieren. Der Grund, warum die Reaktionsröhrchen mit Folie bedeckt sind, ist, dass sowohl Biotin- als auch Ru-Sulfo-NHS-Reagenzien lichtempfindlich sind.
  5. Grundieren Sie die 2-ml- oder 5-ml-Spinsäule, während die Reaktionsröhrchen inkubieren (die Größe der Spinsäule wird durch das auf die Säule hochgeladene Volumen bestimmt). Füllen Sie die Spin-Säule mit 2x PBS-Puffer und zentrifugieren Sie sie dann bei 1.000 x g für jeweils 2 min, insgesamt dreimal.
  6. Stoppen Sie die Markierungsreaktion, nachdem die Reaktionsröhrchen inkubiert sind. Um die Reaktion zu stoppen, reinigen Sie das markierte Antigenprotein, indem Sie es einmal durch die Spinsäule leiten. Dann zentrifugieren Sie die Säule bei 1.000 x g für 2 min.
  7. Berechnen Sie die gesamte markierte Antigenkonzentration, indem Sie die Menge des vorhandenen Antigenproteins durch das Endvolumen dividieren. Aliquot 50 μL des gereinigt markierten Antigenproteins pro Röhrchen und speichern Sie die Aliquots bei -80 °C für die Langzeitanwendung.
    HINWEIS: Es ist wichtig zu wissen, dass für jedes Mal, wenn die Spinsäule das Antigenprotein passiert, eine Retentionsrate von etwa 90-95% besteht.

3. Definieren Sie die beste Konzentration und das beste Verhältnis für die beiden markierten Antigene für den Assay (Schachbrett-Assay)

HINWEIS: Da der ECL-IAA-Assay in diesem 7-Plex-Assay eine saure Behandlung von Serumproben erfordert, muss der Schachbretttest für jedes Antigen diesen Schritt durchlaufen, bevor er mit der markierten Antigenmischung inkubiert wird.

  1. Wenden Sie den Schachbretttest für jedes Antigen separat an, bevor Sie den Multiplex-Test durchführen. In den Schritten 3.2-3.6 wird GAD65 als Beispiel verwendet.
  2. Berechnen Sie die Verdünnung des markierten GAD65-Proteins. Die empfohlene Zielkonzentration der ersten Mischungslösung von biotinyliertem GAD65 beträgt 2000 ng/ml und Ru Sulfo-NHS markiert GAD65 beträgt 1000 ng/ml. Wenn die Konzentration von biotinyliertem und Ru Sulfo-NHS-markiertem GAD65 in Stammlösung 1,0 μg/μL beträgt, beträgt das für biotinyliertes GAD65 in 560 μL Arbeitslösung benötigte Volumen 1,12 μL und das Volumen, das für Ru Sulfo-NHS mit GAD65 in 700 μL Arbeitslösung benötigt wird, 0,7 μL.
  3. Mischen Sie 1,12 μL biotinyliertes GAD65-Protein mit 240 μL Streptavidin-konjugiertem Linker 1 in einem Röhrchen und 160 μL 1% BSA. Inkubieren Sie die Mischung bei Raumtemperatur für 30 min. 160 μL Stopplösung in das Röhrchen geben und die Mischung bei Raumtemperatur für weitere 30 min inkubieren.
  4. Machen Sie eine serielle Verdünnung. Nehmen Sie 280 μL der Mischung in ein neues Röhrchen und fügen Sie 280 μL Stopplösung hinzu, um eine 1:2-Verdünnung herzustellen. Bereiten Sie mehrere neue Rohre vor. Wiederholen Sie diesen Schritt, um eine horizontale serielle Verdünnung für Biotin-markiertes GAD65-Antigen durchzuführen (siehe vorherige Veröffentlichung12).
  5. Mischen Sie 0,7 μL Ru Sulfo-NHS markiertes GAD65 (1 μg/μL) Protein mit 700 μL Stopplösung. Dann nehmen Sie 350 μL der Mischung in ein neues Röhrchen und fügen Sie 350 μL Stopplösung hinzu, um eine 1:2-Verdünnung herzustellen. Bereiten Sie mehrere neue Röhrchen vor und wiederholen Sie diesen Schritt, um eine vertikale serielle Verdünnung für Ru Sulfo-NHS-markiertes GAD65-Antigen durchzuführen.
  6. Bereiten Sie zwei Serumproben vor, eine sehr positive Probe für GADA und eine negative Probe für GADA, jede mit einem Volumen von 0,75 ml. Aliquot 15 μL positives Serum in jede Vertiefung auf der linken Hälfte der 96-Well-PCR-Platte. Aliquot 15 μL negatives Serum in jede Vertiefung auf der rechten Hälfte der 96-Well-PCR-Platte.
  7. 18 μL 0,5 M Essigsäure in jede Vertiefung geben und mischen. Inkubieren Sie für 45 min bei RT. Bereiten Sie eine neue 96-Well-PCR-Platte vor. Fügen Sie 17,5 μL des mit Biotin markierten Antigens und 17,5 μL des Ru Sulfo-NHS-markierten Antigens entsprechend den seriellen Verdünnungen in jede Vertiefung hinzu (siehe vorherige Publikation12).
  8. Fahren Sie mit den restlichen Analyseschritten fort, die in Schritt 5.2 bis 9.1 beschrieben sind.
  9. Bestimmen Sie das Signalverhältnis aus den hohen positiven Abtastungen gegen die entsprechenden negativen Abtastsignale. Wählen Sie die beste Konzentration für das Biotin-markierte Antigen und das Ru Sulfo-NHS-markierte Antigen, indem Sie den Punkt identifizieren, der das höchste oder nahe am höchsten Verhältnis von positivem zu negativem Signal aufweist. Berücksichtigen Sie bei dieser Verhältnisberechnung das niedrige Hintergrundsignal, das aus den negativen Proben erhalten wird.
    HINWEIS: Die optimalen Konzentrationen von Ru Sulfo-NHS und Biotin-markierten Antigenproteinen aus Schachbrett-Assays sind unten dargestellt: 30 ng/ml und 200 ng/ml für GAD65, 120 ng/ml und 120 ng/ml für Proinsulin, 10 ng/ml und 42 ng/ml für IA-2, 80 ng/ml und 80 ng/ml für TG, 8 ng/ml und 16 ng/ml für TPO, 31 ng/ml und 31 ng/ml für ThG und 12 ng/ml und 12 ng/ml für IFNα.

4. Erstellen Sie die gemischte Linker-gekoppelte Antigenlösung

  1. Wählen Sie die optimale Konzentration für jedes Antigen basierend auf dem Schachbrett-Assay. Verdünnen Sie das Biotin- und Ru-Sulfo-NHS-markierte Antigen auf die rationale Arbeitskonzentration.
  2. Binden Sie verschiedene Linker an jedes der einzigartig biotinylierten Antigenproteine. Für einen 96-Well-Plattentest werden 4 μL biotinyliertes GAD65-, TPO-, tTG-, ThG-, Proinsulin-, IFN-α- und IA-2-Protein mit 240 μL Streptavidin-konjugiertem Linker 1, 2, 3, 4, 8, 9 und 10 in ein separates Röhrchen gemischt (Abbildung 1). Dann fügen Sie 156 μL PBS/1% BSA pro Röhrchen hinzu. Inkubieren Sie die Mischung bei Raumtemperatur für 30 min.
  3. Geben Sie 160 μL Stopplösung in jedes Röhrchen und inkubieren Sie sie bei Raumtemperatur für weitere 30 Minuten. Nehmen Sie 400 μL Linker-gekoppeltes Antigen aus jedem Röhrchen und kombinieren Sie alle 7 Antigene miteinander. Fügen Sie 1,2 ml Stopplösung hinzu und fügen Sie dann 4 μL Ru Sulfo-NHS-markiertes GAD65-, TPO-, tTG-, ThG-, Proinsulin-, IFN-α- und IA-2-Antigen zu der Mischung hinzu. Jetzt ist die Antigenlösung bereit, im Assay verwendet zu werden.

5. Serumproben mit dem markierten Antigen inkubieren

HINWEIS: Da der ECL-IAA-Assay in diesem 7-Plex-Assay eine saure Behandlung von Serumproben erfordert, erfordert jedes Serum den Säurebehandlungsschritt, bevor es mit einer markierten Antigenmischung für diesen 7-Plex-Assay inkubiert wird.

  1. Aliquot 15 μL Serum pro Vertiefung für eine 96-Well-PCR-Platte. 18 μL 0,5 M Essigsäure in jede Vertiefung geben und mischen. Inkubieren Sie für 45 min bei RT. Bereiten Sie eine neue 96-Well-PCR-Platte vor und aliquot 35 μL Antigenlösung in jede Vertiefung.
  2. Während die Platte noch inkubiert, fügen Sie 13 μL 1 M Tris pH 9,0-Puffer in jede Vertiefung in der Antigenplatte hinzu. Fügen Sie Puffer an der Seite jeder Vertiefung hinzu, um die Vermischung von Tris-Puffer und Antigen zu begrenzen. Nach Abschluss der Inkubation nehmen Sie 25 μL des säurebehandelten Serums und pipetten es sofort in jede Vertiefung auf der Antigenplatte. Rühren Sie die Lösung und bedecken Sie die Platte mit PCR-Siegelfolie, um Lichteinwirkung zu vermeiden.
  3. Bei RT legen Sie die Platte für 1 h auf einen Shaker, der auf eine niedrige Geschwindigkeit eingestellt ist. Anschließend die Platte bei 4 °C lagern und 18-24 h inkubieren lassen.

6. Bereiten Sie die Multiplexplatte vor

  1. Nehmen Sie eine Multiplexplatte aus dem 4 °C heißen Kühlschrank und lassen Sie die Platte zu RT kommen. Sobald die Multiplexplatte bei RT ist, fügen Sie 150 μL 3% Blocker A zu jeder Vertiefung hinzu. Decken Sie die Multiplexplatte mit Dichtfolie ab. Die Platte über Nacht in einem 4 °C heißen Kühlschrank anbrüten.
    HINWEIS: Analysetag 1 umfasst die Schritte 4 bis 6.

7. Serum/Antigen in die Multiplexplatte überführen

  1. Am nächsten Tag legen Sie Papierhandtücher auf den Tisch und nehmen Sie die Brut-Multiplexplatte aus dem Kühlschrank. Entleeren Sie den gesamten Puffer aus der Platte. Um dies zu tun, drehen Sie den Teller auf den Kopf und klopfen Sie ihn auf die vorbereiteten Papiertücher, bis in keinem der Brunnen Puffer vorhanden ist.
  2. Waschen Sie die Multiplexplatte, indem Sie 150 μL PBST in jede Vertiefung geben. Verwerfen Sie den Puffer, wie in Schritt 7.1. erwähnt, und wiederholen Sie diesen Schritt dreimal. Geben Sie 30 μL Serum/Antigen-Inkubate in jede Vertiefung in der Multiplexplatte. Decken Sie die Platte mit Folie ab, um die Lichteinwirkung zu begrenzen. Stellen Sie die Platte auf einen Plattenschüttler, der auf eine niedrige Geschwindigkeit eingestellt ist, bei RT für 1 h.

8. Waschen Sie die Platte und fügen Sie Lesepuffer hinzu

  1. Entfernen Sie die Serum-/Antigen-Inkubate von der Multiplexplatte, indem Sie die Platte kopfüber halten und die Lösung herausstreichen. Geben Sie 150 μL PBST in alle Vertiefungen und entfernen Sie den Puffer von der Platte, indem Sie die Platte erneut auf den Kopf stellen und die Lösung herausstreichen. Wiederholen Sie diesen Schritt dreimal. Nachdem die dritte Wäsche abgeschlossen ist, fügen Sie 150 μL Reading-Puffer in jede Vertiefung hinzu.
    HINWEIS: Luftblasen beeinträchtigen die Fähigkeit des Plattenlesers, die Ergebnisse der Platte genau zu analysieren, und sollten um jeden Preis vermieden werden.

9. Lesen Sie die Platte und analysieren Sie die Daten

  1. Zählen Sie die vorbereitete Platte auf dem Plattenlesegerät und lesen Sie alle Werte in Zählungen pro Sekunde (CPS) ab.
  2. Berechnen Sie den relativen Index für den Assay unter Verwendung der Antikörperspiegel, die von der Plattenlesemaschine erhalten wurden, mit der folgenden Gleichung:
    Indexwert = [CPS (Stichprobe) - CPS (negativer Standard)] / [CPS (positiver Standard) - CPS (negativer Standard)].
  3. Bestimmen Sie, welche Antikörperergebnisse negativ oder positiv sind, indem Sie die festgelegten Grenzwerte verwenden.
    HINWEIS: Untersuchungstag 2 umfasst die Schritte 7 bis 9.

Representative Results

Die Analyse der Untersuchungsergebnisse wurde in Tabelle 1, Tabelle 2 und Tabelle 3 gezeigt. Die Messwerte stammen aus den Daten der 10 Punkte innerhalb desselben Bohrlochs. Die Indexwerte für jede Probe wurden anhand der entsprechenden internen Positiv- und Negativkontrollen berechnet, wie im Assay-Protokoll beschrieben. Beispiele für fehlerhafte Duplikate sind in Tabelle 1 aufgeführt und verursachten den endgültigen Indexberechnungsfehler in Tabelle 3. Alle Rohzählwerte müssen überprüft werden, um falsch positive oder falsch negative Ergebnisse zu vermeiden.

Der 7-multiplexte ECL-Test wurde anhand einer großen Kohorte von Proben von 1026 neu diagnostizierten Patienten mit T1D und 1022 mit Alter und Geschlecht übereinstimmenden gesunden Kontrollpersonen validiert. Die Konzentrationen von Autoantikörpern aus dem 7-Plex-ECL-Assay für 1026 T1D-Patienten wurden mit den Konzentrationen aus jedem unserer entsprechenden etablierten Einzel-ECL-Assays verglichen, wie in Abbildung 2 gezeigt, und aus jedem entsprechenden einzelnen Standard-RBA und ELISA, wie in Abbildung 3 gezeigt. Die Assay-Spezifitäten wurden bei 99. Perzentilen für alle Autoantikörper-Assays mit Ausnahme von Schilddrüsen-Autoantikörpern (wo das 95. Perzentil verwendet wurde) von 1022 gesunden Kontrollen für alle drei Assay-Methoden (7-Plex-ECL, Single ECL, RBA oder ELISA) identisch aufgestellt, wie in Tabelle 4 aufgeführt. Die Inter-Assay-CVs von GADA, IA-2A, IAA, TPOA, ThGA, TGA und IFNαA betragen 6,4%, 4,5%, 9,1%, 4,9%, 5,7%, 11,3% bzw. 5,9%.

Eine kleine Anzahl von diskordanten Proben für jeden der 7 Autoantikörper wurde um die Grenze der Cut-offs für jeden Assay gefunden (Abbildung 2 und Abbildung 3). Elf Kontrollproben (11/1022, 1,1%) wurden nur im 7-Plex-Assay als multiple Autoantikörper positiv und in jedem entsprechenden Einzelassay negativ befunden. In ähnlicher Weise geschah es in 9 Proben der T1D-Patienten (9/1026, 0,9%). Darüber hinaus wurden 10 hoch positive TPOA und eine ThGA in der Patientenkohorte, die sowohl im einzelnen ECL-Assay als auch in der RBA beobachtet wurden, im 7-Plex-Assay übersehen. Diese Proben wurden im 7-Plex-Assay positiv umgewandelt, wenn sie weiter verdünnt wurden. Im Allgemeinen wurden 100 % der Positivität im einzelnen ECL-Assay oder RBA im 7-Plex-ECL-Assay abgedeckt, mit der gleichen Assay-Spezifität wie in Tabelle 4 dargestellt.

Figure 1
Abbildung 1: Illustration des Mutiplex ECL-Assays.
Autoantikörper im Serum überbrücken das Ru-Sulfo-NHSged-Antigen zum biotinylierten Antigen. Dies wird mit einem spezifischen Linker gekoppelt, um einen Komplex von Antigen-Antikörper-Antigen-Linkern zu bilden. Die Komplexe werden auf der Platte erfasst und durch jeden spezifischen Linker an ihren spezifischen Stellen festgehalten. Die spezifisch gekoppelten Linkernummern für die 7 verschiedenen Antigenproteine sind dargestellt. Der Nachweis von Antikörpersignalen erfolgt unter Verwendung von Ru Sulfo-NHS-markierten Antigenen mit Elektrochemilumineszenz. Die Abbildung stammt aus Gu, Y. et al.13. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Figure 2
Abbildung 2: Vergleich von 7 Autoantikörperspiegeln bei 1026 neu auftretenden Patienten mit T1D zwischen dem einzelnen ECL-Assay und dem 7-Plex-ECL-Assay.
Die Panels a, b, c, d, e, f und g zeigen Vergleiche der Autoantikörperspiegel für GADA, IA-2A, IAA, TGA, TPOA, ThGA bzw. IFNαA. Die gestrichelten Linien stellen die Assay-Cut-offs für jeden Autoantikörper-Assay dar. Die Cut-offs wurden auf das 99. Perzentil von 1022 altersangepassten gesunden Kontrollen für jeden Assay festgelegt (mit Ausnahme von TPOA und ThGA, die auf das 95. Perzentil festgelegt wurden), wie in Tabelle 4 gezeigt, von 1022 altersentsprechenden gesunden Kontrollen für Einzel- und Multiplex-ECL-Assays. Rote geschlossene Diamanten werden im 7-Plex-ECL-Assay als "falsch" positiv markiert, <1% der untersuchten Kohorte, und sie wurden sowohl in der einzelnen ECL als auch in der RBA als negativ validiert. Rote geschlossene Quadrate werden im 7-Plex-ECL-Assay als "falsche" Negative markiert, die durch das "Prozone"-Phänomen verursacht werden und hauptsächlich im TPOA-Assay bei <1% der untersuchten Kohorte auftreten. Sowohl diese falsch positiven als auch diese falsch negativen Ergebnisse werden im Diskussionsabschnitt diskutiert. Die Abbildung stammt aus Gu, Y. et al.13. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Figure 3
Abbildung 3: Vergleich von 7 Autoantikörperspiegeln bei 1026 neu auftretenden Patienten mit T1D zwischen dem RBA (ELISA für IFNαA) und dem 7-Plex ECL-Assay.
Die Panels a, b, c, d, e, f und g zeigen Vergleiche der Autoantikörperspiegel für GADA, IA-2A, IAA, TGA, TPOA, ThGA bzw. IFNαA. Die gestrichelten Linien stellen die Assay-Cut-offs für jeden Autoantikörper-Assay dar, die gleiche Spezifität, die sowohl für RBA als auch für den 7-Plex-ECL-Assay festgelegt wurde, wie in Tabelle 4 gezeigt, von 1022 altersgerechten gesunden Kontrollen. Rote geschlossene Diamanten und Quadrate stellen "falsche" Positive und "falsche" Negative dar, die im 7-Plex-ECL-Test erscheinen, dasselbe ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Abbildung stammt aus Gu, Y. et al.13. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

1 2 3 4 5 6
Ein 5580 5674 105 117 125 139 Linker-1
100 108 102 102 3956 3745 Linker-2
115 124 107 116 113 124 Linker-3
67 64 68 61 65 69 Linker-4
89 87 98 92 90 80 Linker-5
87 71 89 87 61 72 Linker-6
94 82 79 85 2154 2280 Linker-7
75 66 1628 1594 81 83 Linker-8
98 103 71 84 69 85 Linker-9
102 118 93 98 113 99 Linker-10
B 324 337 147 148 5426 5366 Linker-1
101 102 93 88 86 74 Linker-2
111 119 119 123 66 72 Linker-3
72 65 59 68 74 67 Linker-4
81 98 83 92 79 72 Linker-5
90 84 93 86 70 76 Linker-6
101 105 101 97 956 944 Linker-7
82 83 189 204 97 90 Linker-8
92 83 78 64 82 78 Linker-9
83 79 88 93 4722 4965 Linker-10
C 110 110 87 81 2114 2365 Linker-1
5526 5680 88 70 86 93 Linker-2
114 132 67 71 3326 3284 Linker-3
64 62 88 74 64 80 Linker-4
94 82 86 75 89 76 Linker-5
77 87 75 63 70 86 Linker-6
77 86 71 84 138 121 Linker-7
73 86 80 79 59 73 Linker-8
86 74 5064 4923 88 86 Linker-9
105 113 85 80 124 114 Linker-10
D 98 88 92 84 136 127 Linker-1
288 291 86 86 558 564 Linker-2
109 101 74 73 141 127 Linker-3
78 66 66 55 74 66 Linker-4
79 83 79 86 96 91 Linker-5
83 86 96 89 86 73 Linker-6
87 89 77 87 841 855 Linker-7
74 72 60 72 90 95 Linker-8
68 75 331 328 2460 2580 Linker-9
86 98 80 75 123 133 Linker-10
E 101 114 101 106 532 548 Linker-1
101 96 110 104 682 675 Linker-2
6015 5988 124 126 101 98 Linker-3
66 71 82 71 80 62 Linker-4
102 97 99 80 83 110 Linker-5
82 67 81 80 60 85 Linker-6
85 95 52 84 245 221 Linker-7
72 78 82 74 486 503 Linker-8
77 97 97 77 56 66 Linker-9
114 104 5726 5814 259 253 Linker-10
F 119 120 133 118 112 96 Linker-1
101 91 100 95 96 82 Linker-2
406 395 111 123 2127 101 Linker-3
72 60 86 72 79 83 Linker-4
76 85 96 99 89 103 Linker-5
88 78 91 83 89 95 Linker-6
104 97 87 102 56 66 Linker-7
76 77 79 93 69 75 Linker-8
85 71 95 100 83 71 Linker-9
131 131 358 364 92 86 Linker-10
G 90 95 85 82 105 107 Linker-1
99 86 77 76 1250 1174 Linker-2
119 123 120 118 112 108 Linker-3
76 83 77 80 86 76 Linker-4
88 86 86 93 107 92 Linker-5
73 73 71 82 84 75 Linker-6
5210 5173 72 69 76 85 Linker-7
80 81 79 82 100 101 Linker-8
96 97 89 83 65 83 Linker-9
98 103 86 88 1933 1979 Linker-10
H 114 124 81 86 299 295 Linker-1
107 92 69 72 4256 4388 Linker-2
114 123 125 129 501 536 Linker-3
77 70 67 64 74 62 Linker-4
92 110 81 84 77 71 Linker-5
87 79 72 76 83 81 Linker-6
328 341 84 80 88 97 Linker-7
75 84 75 90 74 83 Linker-8
73 79 78 76 84 70 Linker-9
113 120 81 76 2372 2350 Linker-10

Tabelle 1: Analyse des 7-Plex-ECL-Assays: rohe CPS-Zahlen (linke Hälfte der Platte). Die CPS-Rohzählungen werden von einer Assay-Platte (der linken Hälfte der Platte) erfasst und jede Probe wird in doppelter Ausführung durchgeführt. Unter jeder Zeile der Platte (A-H) befinden sich 10 Zeilen mit Lesewerten, die die Daten der 10 Punkte innerhalb desselben Brunnens darstellen und jeder markierten Linkernummer entsprechen. Beispiele für fehlerhafte Duplikate sind grau hervorgehoben, wie in Zeile F-Linker 3-Spalten 5 und 6 zu sehen ist.

Zeile der Tabelle 1A Spalte der Tabelle 1A Linker 1 Linker 2 Linker 3 Linker 7 Linker 8 Linker 9 Linker 10
Ein 1-2 GADA PC 5627 104 120 88 71 101 110
B 1-2 GADA Low PC 331 102 115 103 83 88 81
C 1-2 TPOA PC 110 5603 123 82 80 80 109
D 1-2 TPOA Low PC 93 290 105 88 73 72 92
E 1-2 TGA PC 108 99 6002 90 75 87 109
F 1-2 TG Low PC 120 96 401 101 77 78 131
G 1-2 ThGA PC 93 93 121 5192 81 97 101
H 1-2 ThGA Low PC 119 100 119 335 80 76 117
Ein 3-4 IAA PC 111 102 112 82 1611 78 96
B 3-4 IAA Low PC 148 91 121 99 197 71 91
C 3-4 IFNaA PC 84 79 69 78 80 4994 83
D 3-4 IFNaA Low PC 88 86 74 82 66 330 78
E 3-4 IA-2A PC 104 107 125 68 78 87 5770
F 3-4 IA-2A Niedriger PC 126 98 117 95 86 98 361
G 3-4 NC 84 77 119 71 81 86 87
H 3-4 NC 84 71 127 82 78 77 79
Ein 5-6 Beispiel1 132 3851 119 2217 82 77 106
B 5-6 Beispiel2 5396 80 69 950 94 80 4844
C 5-6 Beispiel3 2240 90 3305 130 66 87 119
D 5-6 Beispiel4 132 561 134 848 93 2520 128
E 5-6 Beispiel5 540 679 100 233 495 61 256
F 5-6 Beispiel6 104 89 1114 61 72 77 89
G 5-6 Beispiel7 106 1212 110 81 101 74 1957
H 5-6 Beispiel8 297 4322 519 93 79 77 2361

Tabelle 2: Analyse des 7-Plex-ECL-Assays: Anordnung der Daten der Tabelle 1, markiert als 7 Linker. Die Daten aus Tabelle 1 wurden neu angeordnet, wobei die Linker 4 bis 6 (nicht verwendet) gestrichen wurden, und Mittelwerte wurden aus jedem Duplikat aus Tabelle 1 berechnet. Die Werte der internen Standard-High- und Low-Positivkontrollen, die jedem Autoantikörpertest entsprechen, die durch einen bestimmten Linker zurückgehalten werden, sind dunkel fett gedruckt. PC, Positivkontrolle. NC, normale Steuerung.

GAD-Index TPOA-Index TGA-Index ThGA-Index IAA-Index IFNaA-Index IA-2A-Index
GADA PC 1.000 0.005 0.000 0.003 -0.006 0.003 0.004
GADA Low PC 0.045 0.005 -0.001 0.006 0.002 0.000 -0.001
IAA PC 0.005 1.000 0.001 0.002 -0.001 -0.001 0.004
IAA Low PC 0.002 0.039 -0.002 0.003 -0.005 -0.003 0.001
IA-2A PC 0.004 0.004 1.000 0.004 -0.004 0.000 0.004
IA-2A Niedriger PC 0.007 0.004 0.048 0.006 -0.002 -0.002 0.008
TGA PC 0.002 0.003 0.000 1.000 0.000 0.002 0.002
TG Low PC 0.006 0.004 0.000 0.052 -0.001 -0.002 0.005
TPOA PC 0.005 0.005 -0.001 0.002 1.000 -0.002 0.001
TPOA Low PC 0.012 0.003 0.000 0.006 0.076 -0.003 0.001
ThGA PC 0.000 0.000 -0.008 0.001 0.000 1.000 -0.001
ThGA Low PC 0.001 0.002 -0.008 0.002 -0.009 0.050 -0.002
IFNaA PC 0.004 0.006 0.001 0.000 -0.002 0.000 1.000
IFNaA Low PC 0.008 0.004 0.000 0.005 0.004 0.002 0.048
NC 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
NC 0.000 -0.001 0.001 0.002 -0.002 -0.002 -0.001
Beispiel1 0.009 0.683 0.000 0.419 0.001 -0.002 0.003
Beispiel2 0.958 0.001 -0.008 0.172 0.009 -0.001 0.837
Beispiel3 0.389 0.002 0.542 0.012 -0.009 0.000 0.006
Beispiel4 0.009 0.088 0.003 0.152 0.008 0.496 0.007
Beispiel5 0.082 0.109 -0.003 0.032 0.271 -0.005 0.030
Beispiel6 0.004 0.002 0.169 -0.002 -0.006 -0.002 0.000
Beispiel7 0.004 0.205 -0.002 0.002 0.013 -0.002 0.329
Beispiel8 0.039 0.768 0.068 0.004 -0.001 -0.002 0.400

Tabelle 3: Analyse des 7-plex-ECL-Assays: Ergebnisse der Indexwerte. Die Indexwerte für jede Probe für alle 7 Autoantikörper-Assays wurden gegen die entsprechenden internen Positiv- und Negativkontrollen berechnet, wie im Assay-Protokoll beschrieben. Jeder Indexwert, der größer als der Cut-off-Wert war, wurde als positives Ergebnis definiert und dunkel fett dargestellt. Der TGA-Indexwert von Beispiel6 wurde grau hervorgehoben, da es sich um einen Fehler handelt, der durch fehlerhafte Duplikate verursacht wird, die in Zeile F-Linker 3-Spalten 5 und 6 in Tabelle 1 angezeigt werden.

GADA IA-2A IAA .TGA TPOA ThGA IFNαA*
Sens Spekulation Sens Spekulation Sens Spekulation Sens Spekulation Sens Spekulation Sens Spekulation Sens Spekulation
RBA 73.4% 98.5% 75.2% 99.0% 47.7% 99.1% 12.9% 99.0% 23.9% 95.2% 19.3% 94.7% 1.0% 99.6%
Einzelne ECL 71.6% 99.1% 73.6% 99.3% 48.3% 99.7% 16.0% 98.9% 26.3% 94.9% 20.6% 95.1% 0.8% 99.2%
7-Plex ECL 71.2% 98.9% 77.3% 98.9% 49.5% 98.9% 16.5% 98.7% 26.1% 94.7% 21.1% 94.7% 1.7% 99.1%

Tabelle 4: Assay-Sensitivität und -Spezifität bei 1026 T1D-Patienten und 1022 Kontrollen, abgestimmt nach Alter und Geschlecht, in einem 7-Plex-ECL-Assay im Vergleich zum entsprechenden einzelnen ECL-Assay und RBA oder ELISA*. Die verschiedenen Assays (RBA, Single ECL und 7-Plex ECL) für jeden Autoantikörper wurden unter Verwendung der 1022 alters- und geschlechtsangepassten gesunden Kontrollen auf ähnliche Besonderheiten eingestellt. Das Spezifitätsergebnis der untersuchten Kontrollkohorte lag bei 95% für TPOA und ThGA und bei 99% für die 5 anderen Assays. *Sternchen markiert den IFNαA-Assay für ELISA, während andere RBA sind.

Discussion

In zahlreichen nationalen und internationalen klinischen Studien für Typ-1-Diabetes wurde die Leistung des einzelnen ECL-Assays zum Nachweis von Inselautoantikörpern und Autoantikörpern gegen Transglutaminase (TGA) bei Zöliakie untermauert 8,9,10,11. Während dieser Trails hat dieser Assay die Sensitivität und Spezifität für den Autoantigennachweis erhöht, wenn er mit dem bestehenden "Gold"-Standard RBA bewertet wird. Die erhöhte Krankheitsspezifität kann beobachtet werden, wenn zwischen dem einzelnen ECL-Assay und dem RBA14,15,16,17 Inselautoantikörper mit hoher Affinität und Signalen mit niedrigem Risiko und niedrigem Risiko unterschieden werden. Aufbauend auf dem einzelnen ECL-Assay entwickeln wir einen neuen Multiplex-ECL-Autoantikörper-Assay mit hohem Durchsatz, der es uns ermöglicht, gleichzeitig nach T1D sowie mehreren anwendbaren Autoimmunerkrankungen zu suchen.

Der Multiplex-ECL-Assay verwendet die Multiplexplatte, die bis zu 10 Autoantikörper-Assays in einer einzigen Vertiefung kombinieren kann. Für die vorliegende Studie werden 7 Autoantikörper-Assays miteinander kombiniert. Die Autoantikörper bestehen aus 3 IAbs (IAA, GADA und IA-2A), 2 Autoimmun-Autoantikörpern für Schilddrüsenerkrankungen (TPOA und ThGA), Zöliakie-Autoantikörpern (TGA) und APS-1-Autoantikörpern gegen Interferon alpha (IFNαA). Der Assay-Mechanismus basiert im Allgemeinen auf einem einzigen ECL-Assay, wie zuvor veröffentlicht 9,10,12,18 mit einigen Modifikationen. Der Hauptunterschied eines Multiplex-ECL-Assays zu einem einzelnen ECL-Assay besteht darin, dass jeder in der Fluidphase gebildete Antikörper-Antigen-Komplex auf einen bestimmten Linker beschränkt ist (Abbildung 1). Das Biotin-markierte Antigen wird mit dem konjugierten Streptavidin inkubiert, einem Linker, der zur Bildung eines spezifischen Antigen-Linker-Komplexes verwendet wird. Antikörper-Antigen-Immunkomplex bildet sich nach Inkubation mit Patientenserum und wird durch das spezifische Linkersystem auf jeder Vertiefung der Multiplexplatte an einer bestimmten Stelle eingefangen. Ru Sulfo-NHS markiertes Antigen, das gleichzeitig von Antikörpern eingefangen wird, liefert das Signal mit Elektrochemilumineszenz. Die Plattenlesmaschine kann bis zu 10 verschiedene Signale von den Punktquellen in jedem Bohrloch erkennen. Um Autoantikörper-Assays zwischen den Platten und bei der Durchführung von Langzeitstudien konsistent zu halten, empfehlen wir, dass derselbe Linker verwendet wird.

Vor der Einrichtung eines Multiplex-ECL-Assays müssen einzelne ECL-Assays für jeden Autoantikörper auf einer Multiplexplatte optimiert und sowohl gegen RBA- als auch gegen einzelne ECL-Assays auf einer regulären ECL-Platte validiert werden. Zur Verbesserung des Schachbrett-Assays wurden zum zugehörigen Autoantikörper-Assay auf der Multiplexplatte eine hochpositive Patienten- und eine negative Patientenprobe verwendet. Nachdem der Schachbretttest durchgeführt wurde, wurden die idealsten Konzentrationen für Ru Sulfo-NHS und Biotin-markiertes Antigen für jeden der 7 Autoantikörper-Assays berechnet. Im Folgenden sind diese Konzentrationen dargestellt: 30 ng/ml und 200 ng/ml für GAD65, 120 ng/ml und 120 ng/ml für Proinsulin, 10 ng/ml und 42 ng/ml für IA-2, 80 ng/ml und 80 ng/ml für TG, 8 ng/ml und 16 ng/ml für TPO, 31 ng/ml und 31 ng/ml für ThG, und 12 ng/ml bzw. 12 ng/ml für IFNα13. Die Konzentrationen einiger Antigene aus dem Schachbretttest müssen möglicherweise entsprechend den Ergebnissen des tatsächlichen Multiplex-Assays weiter angepasst werden, nachdem alle Assays kombiniert wurden.

Da IAA im vorliegenden Multiplex-ECL-Assay enthalten ist, ist eine saure Behandlung von Serumproben obligatorisch, bevor das Serum mit Antigen inkubiert wird, wie in der vorherigen Studieberichtet 12. Wenn einem Multiplex-Assay ein zusätzlicher Autoantikörper hinzugefügt wird, wird im Allgemeinen der Assay-Hintergrund beeinflusst, und ein extrem hohes Signal von einem Punkt im Bohrloch kann die Ergebnisse nahegelegener Spots durch Übersprechen behindern. Daher muss das maximale CPS auf 20.000 Zählungen für jeden Autoantikörper oder niedriger für die höchsten positiven Proben begrenzt werden. Um das Übersprechen zu reduzieren, sollten unseres Wissens Autoantikörper mit niedrigerem Hintergrund beim Entwurf der Spotkarte weit entfernt von Spots mit einer höheren Häufigkeit von Zählungen getrennt werden.

Hohe Positiv- und Negativkontrollen wurden intern in jedem Assay verwendet, um einen genauen Index für die unbekannten getesteten Proben zu berechnen. Um die Empfindlichkeit des Assays genau zu beurteilen und zu überwachen, wurden niedrige Positivkontrollen verwendet, die nahe der oberen Grenze des Assays lagen. Diese Standard-Positiv- und Negativkontrollen wurden in loser Schüttung und aliquot für den Langzeitgebrauch erstellt und bei -20 °C oder darunter gelagert, um die Konsistenz zwischen den Assays zu gewährleisten. Zur Qualitätssicherung wurden die Proben zweimal in jedem Assay durchgeführt, und jedes positive Ergebnis wurde wiederholt und bestätigt, indem die Probe am nächsten Tag in einem neuen ECL-Assay durchgeführt wurde. Wenn es Unstimmigkeiten mit dem ersten und zweiten Bestätigungstest gab, war ein dritter Assay erforderlich. Von den drei durchgeführten Assays bestimmten die Ergebnisse der beiden übereinstimmenden Assays (z. B. +, + oder -,-) das Endergebnis (positiv oder negativ) der Probe.

In den letzten zehn Jahren suchen viele Studiengruppen nach einem Hochdurchsatz-Assay, der die Multiplex-Methode verwendet, um mehrere Autoantikörper-Assays zu einem Bohrloch zu kombinieren, um große Populationen zu screenen. Es gibt einige Studien, die verschiedene Arten von Technologien verwenden, um Multiplex-Autoantikörper-Assays 19,20,21,22 durchzuführen, aber es gibt keinen Vergleich für einen dieser Assays in Sensitivität und Spezifität mit dem aktuellen "Gold"-Standard RBA, wenn T1D untersucht wird. Diese verschiedenen Arten von Plattformen werden nicht durch den internationalen Workshop des Islet Autoantibody Standardization Program (IASP) oder durch das Testen großer Kohorten in klinischen Studien validiert. In einem kürzlich in Deutschland durchgeführten allgemeinbevölkerungsbasierten Screening wird ein kombinierter Hochdurchsatz-Assay, der von Kronus vertriebene 3 Screen ICATM ELISA, als Werkzeug für das Erstlinien-Screening zum Nachweis von drei IAbs, GADA, IA-2A und ZnT8A verwendet, um eine Frühdiagnose von T1D23 im Kindesalter zu erreichen. Der 3-Screen-ELISA-Assay misst 3 Autoantikörper entweder in 3 getrennten Vertiefungen, wobei ein großes Serumvolumen verbraucht wird, oder in einer einzigen Vertiefung, wobei alle 3 Assays gemischt sind. Wenn eine Vertiefung im 3-Screen-ELISA-Assay positiv ist, kann man nicht unterscheiden, welche von drei Autoantikörpern vorhanden sind. Der größte Nachteil dieses Assays ist seine Unfähigkeit, IAA-Messungen einzubeziehen. Alle mit ELISA durchgeführten IAA-Ergebnisse, wie in IASP-Workshops nachgewiesen, weisen keine akzeptable Sensitivität und Spezifität auf24. IAA ist in der Regel die erste IAb, die erscheint und hat eine hohe Prävalenz bei kleinen Kindern. IAb-Screening mit IAA ist für Kinder notwendig und es wird nicht als akzeptabel angesehen, dieses Screening ohne IAA durchzuführen, um das T1D-Risiko in der Gemeinschaft zu bewerten. Darüber hinaus gibt es keine veröffentlichten Studien oder Daten, die zeigen, dass der Kronus IAb-Kit-Assay eher T1D-krankheitsspezifisch ist und in der Lage ist, ein hohes Risiko von einem IAbs mit niedrigem Risiko zu unterscheiden. Der 7-Plex ECL-Assay in der vorliegenden Studie wurde anhand einer großen Kohorte neu diagnostizierter Patienten mit T1D13 validiert. Im Vergleich zum aktuellen Standard-RBA- und etablierten Einzel-ECL-Assay ist der 7-Plex-Assay in der Lage, eine 100%ige Positivität bei gleicher Assay-Spezifität beizubehalten (Tabelle 4). Derzeit wird der 4-Plex ECL-Assay parallel zum Standard-RBA in einer laufenden großen klinischen Studie angewendet: Autoimmunity Screening for Kids (ASK) Studie. Diese Studie untersucht Kinder in der allgemeinen Bevölkerung der Metropolregion Denver auf T1D und Zöliakie. Im Vergleich zur Standard-RBA, die in der ASK-Studie verwendet wurde, zeigt der Multiplex-ECL-Test eine ausgezeichnete Sensitivität und eine höhere Krankheitsspezifität, identisch mit unseren früheren Berichten mit der einzelnen ECL-Studie25. Darüber hinaus zeigte unser 4-Plex ECL-Assay eine deutliche Reduzierung der Arbeit, der Kosten und des Serumvolumens um 70% im Vergleich zu den entsprechenden 4 Einzeltests für ECL und RBA. Mit dem gemultiplexten ECL-Assay können wir jede Vertiefung mit unterschiedlichen Zahlen anpassen, die verschiedene Autoantikörper (bis zu 10) repräsentieren, um auf verschiedene Autoimmunerkrankungen zu testen, die spezifisch für die Bedürfnisse eines bestimmten klinischen Ortes sind.

Es wurden einige Einschränkungen beobachtet, die in der vorliegenden Studie für einen gemultiplexten ECL-Assay unter Verwendung der Multiplexplatte gezeigt wurden. Die endgültige Verdünnung des mit Antigen inkubierten Serums kann nicht so eingestellt werden, dass sie die optimalsten Bedingungen für jeden einzelnen Autoantikörpertest liefert, der in einer einzigen Vertiefung kombiniert wird. Bei neun Proben (9/1026) von T1D-Patienten wurde ein falsch negatives Ergebnis für bestimmte Autoantikörper beobachtet. 7 der falsch negativen Ergebnisse waren für TPOA und 2 für ThGA im 7-Plex-ECL-Assay, aber sowohl im einzelnen ECL-Assay als auch im RBA wurden hohe positive Ergebnisse gezeigt (Abbildung 2 & 3). Nach weiterer Verdünnung aller 9 Proben wurden sie auf der Multiplexplatte positiv. Dieses Ergebnis wird durch das verursacht, was wir als "Prozone" -Phänomen bezeichnen. Dieses Phänomen führt dazu, dass die Probe ein falsch negatives Ergebnis zeigt, da die hohen Antikörpertiter die Bildung von Antigen-Antikörper-Gittern beeinflussen. Bei der Einrichtung eines Multiplex-Assays wird empfohlen, Proben mit sehr hohen Titern für jeden der kombinierten Autoantikörper Vortests durchführen zu lassen, um die optionale Verdünnung des Serums für die Antigeninkubation zu identifizieren. Alternativ sollten Autoantikörper-Assays mit ähnlich optimierten Bedingungen ausgewählt werden, um einen kombinierten Assay zu bilden, aus dem die beste Assay-Sensitivität und Spezifität für jeden Autoantikörper erreicht wird. In der vorliegenden Studie führten 7 Proben (7/1022) von gesunden Normalkontrollen zu falsch positiven Ergebnissen für mehrere Autoantikörper im 7-Plex-Assay, aber nach Durchführung eines einzigen ECL-Assays und RBA (Abbildung 2 & 3) wurden diese Autoantikörper in beiden Assays als negativ befunden. Die Gründe für diese falsch positiven Ergebnisse, die auf der Multiplexplatte für diese kleine Untergruppe von Proben auftreten, sind derzeit unbekannt. Für die aktuelle Anwendung des Multiplex-ECL-Assays werden alle positiven Proben mit ihrem entsprechenden einzelnen ECL-Assay wiederholt, um die Positivität zu bestätigen, wodurch dieser falsch positive Fehler aus dem Multiplex-ECL-Assay entfernt wird.

Disclosures

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde durch NIH Grant DK32083, JDRF Grants 2-SRA-2015-51-Q-R und 2-SRA-2018-533-S-B unterstützt.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
4 °C refrigerator
–80 °C and -20 °C freezers
96-well Plate Shaker Wallac - Delfi
96-well round bottom plate Fisher 8408220
Acetic acid solution Fisher
Aluminum foil
Antigen proteins
Human GAD65 full length protein Diamyd
Human ThG full length protein BioMart
Human TPO full length protein BioMart
IA-2 intracellular domain protein BioMart
IFN-α protein Abcam
Proinsulin protein AmideBio
tTG protein DiaRect
Biotin Sigma
Bottle-Top 500 mL , Filter Units Fisher 0974064A or B
Bovine Serum Albumin Sigma A-7906
Distilled deionized (DD) water
HCl Fisher
Ice maker
Ice trays
MSD Sector Perkin-Elmer
Multi-channel pipette
NaOH
Paper tower
PBS
pH meter
Pipette-Aid
Pipettes/tips
Ru Sulfo-NHS MSD (R91AN)
Trizma Base Fisher BP152-5
Tween 20 Sigma P-1379
Uplex Development Kit MSD
96-well UPlex plate MSD
Blocker A MSD R93AA
Linker-Streptavidin MSD
Read buffer MSD R92TC
Stop Solution MSD
Vortex mixer
ZeBa Column Pierce 89892

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References

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Medizin Ausgabe 159 Elektrochemilumineszenz-Assay Multiplex-Autoantikörper-Assay Typ-1-Diabetes Autoimmunerkrankung Screening Vorhersage
Ein Hochdurchsatz-Elektrochemilumineszenz-7-Plex-Assay zum gleichzeitigen Screening auf Typ-1-Diabetes und mehrere Autoimmunerkrankungen
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Jia, X., He, L., Gu, Y., High, H.,… More

Jia, X., He, L., Gu, Y., High, H., Yu, L. A High-Throughput Electrochemiluminescence 7-Plex Assay Simultaneously Screening for Type 1 Diabetes and Multiple Autoimmune Diseases. J. Vis. Exp. (159), e61160, doi:10.3791/61160 (2020).

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