方法論記事

核酸の濾過単離：簡易迅速DNA抽出方法

DOI：

10.3791/54289

⸱

2016年8月6日

 ,  ,  , 
1Center for Innovation in Global Health Technologies (CIGHT), Department of Biomedical Engineering, Northwestern University, 2Pritzker School of Medicine, The University of Chicago

この記事について

サマリー

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ここでは、定量的PCRにより検出された全血からのHIVプロウイルスDNAの簡単かつ迅速な紙ベースのDNA抽出方法を説明します。このプロトコルは、他の遺伝子マーカーを検出するか、代替的増幅方法を使用して使用するために拡張することができます。

要約

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FINA、核酸の濾過分離は、2分未満で、全血からの細胞DNAを抽出するために分離膜と吸収パッドを介して垂直濾過を利用する新規な抽出方法です。血液検体は、洗剤混合簡単で処理し、分離膜にピペットによって適用されます。溶解物は、分離膜の表面上にゲノムDNAを捕捉する、毛細管作用ブロッティングパッドに発散します。抽出したDNAは、PCR阻害剤が吸収性ブロッティングパッドに邪悪である、簡単な洗浄工程の間に膜上に保持されています。捕捉されたDNAを含む膜は、その後、さらに精製せずにPCR反応に添加されます。この単純な方法は、実験装置を必要とせず、簡単で安価な実験用消耗品を用いて実施することができます。ここでは、早期でのモデルとして100μlの全血からのHIV-1プロウイルスDNAの高感度検出および定量するためのプロトコルを記述します容易に他の遺伝子のターゲットに適合させることができるHIVのFANT診断。

概要

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いくつかの報告は、すべての利用可能な絶妙な感度および分子診断の特異性を作ることを目的に、ポイントオブケア（POC）機器1-5で使用するために紙-または膜ベースの抽出方法の開発について説明してきました。世界保健機関（WHO）性感染症の診断・イニシアティブは、POCの理想的な特性を記述するために（、、手ごろな価格に敏感な、具体的な、ユーザーフレンドリーな、迅速かつ堅牢な機器フリー、それを必要とする人々に配信）ASSURED用語を造語テスト6。これらのガイドラインの中で、設備のない特性は、分子診断のために達成することが特に困難です。しかし、フィールド内のすべての技術革新が最も必要としている人々に到達することを目標に進めていきます、と希望は、既存の技術7を適合させることにより、試験性能に短期的な改善のためにそこにあります。

ここでは、全血からDNAを抽出するための単純なプロトコルを記述するそれは、錯体化学や研究室の機器を必要としません。 FINA（核酸の濾過分離）試料調製方法は、当初のサンプルの回答ポイントオブケア（POC）定量的PCRの一部として、HIV-1プロウイルスを検出するために、全血からの白血球のDNAを抽出するために開発されました限られたリソースの設定8-11で使用するための（定量PCR）早期幼児診断（EID）プラットフォーム。 FINA抽出可逆カオトロピック剤12の存在下でDNAを結合するために、シリカ膜またはシリカ被覆常磁性粒子を用いる従来の精製方法とは異なります。その代わりに、FINAは、全血から直接細胞DNAを抽出するために、分離膜を介して垂直ろ過を使用しています。捕捉されたDNAを含む膜は、PCRチューブに直接配置し、いずれかのすぐ後で増幅9乾燥PCR反応または空気中で使用することができます。いいえカオトロピック剤、フェノール、またはアルコールをサンプル抽出に使用されていない、eliminaティン抽出プロセス13,14由来の強力な定量PCR阻害物質を除去するために必要な大規模な洗浄工程。

FINA膜は、試料が膜に追加される前に、細胞溶解11によって遊離細胞のいずれか9またはゲノムDNAを取り込むことができます。細胞捕獲のために、全血を膜に直接添加されます。細胞はその後10mMのNaOHを添加することにより、膜中に溶解されます。この方法の利点は、わずか3ステップ含むことである：1）サンプル添加を、定量PCRチューブ中2）細胞溶解/洗浄および3）フィルターディスクの配置。この方法の欠点は、膜が唯一の膜ディスクの直径に直接比例セルの定義された数を保持できることです。 EIDのために必要な検出限界に達するために、全血100μlを定量PCRチューブ内に配置するには大きすぎるフィルタを伴うサンプル入力のために必要とされます。コレクションに試料を添加する前に洗剤で血液細胞を溶解膜は、処理工程を追加し、同じサンプルサイズの小さいフィルタの使用を可能にします。我々は、高再現性、単一コピー検出し、この試験構成11を用いて血液100μlのからHIV-1プロウイルスDNAのわずか10コピーの定量化を実証することができました。

本稿では、もともと実験室での使用のために開発されたようFINAプロトコルを記述します。 FINAサンプル調製モジュールとして知られている膜/フィルターサンドイッチは、大きなバッチで調製し、後の使用のために備蓄することができます。試験片は、このプロセスを抽出する場合に2分間かかり、大きさのバッチを変えることで行うことができます。定量PCRは、すぐに実行することができ、または定量PCRを実行するために便利になるまで埋め込まれたDNAを含有するフィルターを格納することができます。この方法は、低および高リソースの設定の両方における試料のルーチン分析のために非常に便利です。

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プロトコル

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倫理声明：本研究​​で使用した全血試料は、ヒトを対象とする調査であるとは考えられません。標本を満足し、臨床診断目的のために得られ、これらの試料の残りの部分は、FINA研究分析に供しました。標本は、研究者は容易に個人の身元を確認することができなかったようなコード化されました。

FINAのサンプル調製モジュールの作製

  1. 2.6ミリメートルの厚さの綿100％パッドの35×35ミリメートル2を切断することにより、ブロッティングパッドを準備します。試料ごとに一つのパッドをカットします。
  2. （50ミリメートル（ワット）で25ミリメートル（H））パラフィンフィルムの切断片によって裏紙テープでプラスチックパラフィンフィルムを作製した後、ハ​​ンマー駆動穴パンチを使用してテープの中央に7.14ミリメートルの直径の穴を打ち抜きます。検体につき1テープを準備します。
  3. 8.35ミリメートルの直径の円を打ち抜いて結合されたガラスの血液分離膜（捕捉膜）ディスクを用意ハンマー駆動穴パンチを使用して。試料ごとに1ディスクをパンチ。ディスクは、2.3ミク​​ロンの粒子保持能力を有します。
  4. ピンセットを用いてブロッティングパッドの中心に捕獲ディスクを配置することによってFINAサンプル調製モジュールを組み立てます。パラフィンテープの穴が露出キャプチャディスクの中心を残すように、捕獲ディスク上にパラフィンフィルムテープを配置します。
  5. ブロッティングパッドをカバーするために、わずかにパラフィンテープを延伸すると、ディスクのすべてのエッジの周りのブロッティングパッドにそれを固執するしっかりとパラフィンテープを押して、ディスクおよびブロッティングパッドとの間の最大接触を確認してください。
  6. 将来の使用のための実験や備蓄のために必要な数のモジュールを作成します。

定量PCRチューブの作製

  1. 両面polyeの円を打ち抜いて蛍光検出をブロックから膜を防止するために、定量PCRチューブの側に細胞捕捉膜を固定します5.1ミリメートルテープディスクを準備しますテープのシートからパンチを駆動ハンマーで診断テープをSTER。試料ごとに1つのテープディスクを準備します。
  2. テープのステッカーライナーの片側を削除してください。片面に、チューブの底に向かってそれを貼り、200μlのPCRチューブにテープを配置します。第二のステッカーライナーを取り外します。チューブは現在、準備されたディスクを受信する準備ができています。
  3. 将来の使用のための実験や備蓄のために必要な数のチューブを生成します。

3.工夫血液試料

注意：本物の試験片を準備している場合は、手順4に進みます。

  1. ウイルス学品質保証研究所から得られたHIV-1プロウイルスの単一コピーを保有解凍8E5-LAV細胞15（VQA;ラッシュプレスビテリアン/セントルークスメディカルセンター、シカゴ、IL。）。
    注：これらは、/μL4,000細胞の濃度で凍結した細胞ペレットとして保存されています。以前9に記載のように細胞数を確認しました。
  2. SERを準備1から/μlの400細胞の範囲の濃度を培地（90％ウシ胎児血清、10％のジメチルスルホキシド）を凍結でIAL希釈。
  3. マイクロ遠心チューブに連続希釈液のそれぞれからピペット10μlの細胞。 8E5-LAVコピー数10-4,000の標準曲線を作成するために、各チューブに新鮮なHIV-1陰性EDTA処理した全血サンプルの100μLを加えます。優しくチューブの底を5回フリックすることにより混合します。

4. FINA抽出を行います

  1. 110μlの全血およびステップ3.3からの細胞）の1％（11μlの10％のTriton-X100の最終濃度までのTriton-X100）を添加することによって溶解血液細胞。
  2. 優しくチューブの底を5回フリックすることにより混合します。血液は半透明の赤を有効にしてください。
  3. ピペットキャプチャディスクへの血液検体のすべて。
    注：パラフィンテープと捕捉膜との間に水密シールは、血液が膜を通って流れることを確実にし、キャプチャメートルとの間の良好な接触embraneとブロッティングパッドアセンブリは、迅速なサンプル上がりを確実にします。
  4. サンプルはフィルタを介してソークすることを可能にします。
    注：毛細管現象によるブロッティングパッドへの血液溶解物の芯を、捕獲ディスクの表面上のゲノムDNAを捕捉します。それはマットを表示されたときに、溶解物をディスクに浸しました。
  5. キャプチャディスクに600-1,000μlの10 mMの水酸化ナトリウム滴下を追加します。
    注意：洗浄緩衝液はまた、600μlに一括追加として追加することができます。バッファは、疎水性パラフィンテープ上の液滴を形成し、約20秒でディスクに穴を通って吸い上げます。フィルタは、ヘモグロビンのクリアランスを示す赤から白に変更されます。
  6. 鉗子でブロッティングパッドからディスクを分離し、準備されたPCRチューブにテープにディスクを適用します。フィルター上に残って赤い色がある場合はチューブ内に配置する前にフィルタをクリアするには、洗浄緩衝液の50から100μlを添加します。
    注：まれに、過剰な圧力は、調製時に適用されますブロッティングパッドから分離する際FINAモジュールの膜層の分割での結果。これらのディスクを破棄し、新しいサンプルを準備します。
  7. フィルタは、PCRチューブに入れた後、すぐにサンプルを分析します。また、硫酸カルシウム乾燥剤を含むボックス内の乾燥一夜は、その後の分析のための準備ができるまで、シリカ乾燥剤とストアとホイルポーチにキャップと場所。

5.定量PCR反応

  1. 以前9,11記載されているように、HIV特異的プライマーおよびプローブを用いて、反応あたり100μlの定量PCRマスターミックスを調製します。増幅阻害物質の存在を監視するために内部増幅コントロールを含めると負のサンプルが真の陰性であることを確認します。フィルタは完全にマスターミックスで、フィルターが反応全体のチューブの側面に固定されたままでいることを覆われていることを確認してください。
  2. 以前9に記載のようにリアルタイムPCR装置を使用して増幅を行います。

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結果

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8E5-LAV細胞でスパイクした全血からプロウイルスDNAを抽出するためのワークフローは、図1に示されている。 図2は、FINAサンプルモジュールを示し、定量PCRチューブを調製しました。不自然な標本の標準曲線（ 図3）に示すように、この方法は、異なるコピー数で8E5-LAV細胞からのHIV-1プロウイルスの効率的な増幅を可能にします。 PCRは、効率= -1 + 10（-1 /傾き）から計算されるように、103パーセントの効率を持っていました。直線の方程式は、R²= 0.996の相関と、= -3.25x + 27.95 yのでした。 HIVプロウイルスDNAの標準曲線を表1に明らかなように、再現性の高い増幅を持っている。また、ヒドロキシピルビン酸レダクターゼは数にかかわらず、FINAと血液を抽出から生じる一切PCR阻害がないことを示すために存在する500コピーの内部統制を複製します現在のHIV-1プロウイルスのコ...

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ディスカッション

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迅速な治療へのアクセスに連結されたEIDは、HIV感染16による乳児死亡率を減少させることが実証されています。なぜなら乳児の血液中の母性抗体の持続性の、迅速なHIV抗体試験は、HIVに曝露された乳児の状態を決定する際に有用性が限られています。 WHOは、HIV-1陽性の母親から生まれたすべての乳児がウイルス学的検査17を使用して、4〜6週齢でテストされるべきであることをお勧めします。私たちは61南アフリカの乳幼児11の小さなフィールド評価で実証され、100％の感度と特異性を有する単一コピー検出が可能な全血検体中のHIV-1プロウイルスDNAの検出および定量のためのアッセイの開発を報告しています。全血の100マイクロリットル以上は指やかかとスティックを介して収集し、FINAモジュール18,19を介して処理することができます。これらの血液サンプルは、この方法IDEを行う増幅の前に少なくとも1ヶ月間保存することができますアルの研究室から離れている幼児をテストするため。

研究では、図3、...

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開示事項

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著者らは開示するものは何もない。

謝辞

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このプロトコル開発は、ビル&メリンダ・ゲイツ財団のグローバルヘルス助成金37774によって支援されました。リアルタイムPCR試薬とアドバイスは、Abbott Molecular Inc.(イリノイ州Des Plaines)から提供されました。 8E5-LAV細胞は、Rush PresbyterianのVirology Quality Assurance Laboratoryから提供されました。セントルークスメディカルセンター。HIV-1陰性の血液は、イリノイ州エバンストンのノースショア大学ヘルスシステムズのコアラボから提供されました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
Fusion 5GE Healthcare Life Sciences8151-9915
707 ブロッティングパッドVWR International28298-014
PARAFILM MVWR International52858-000
3M ダブルコートポリエステル診断テープ 3Mメディカルスペシャリティ9965
200 µl qPCRストリップチューブAgilent401428
光学ストリップキャップAgilent401425
Mx3005p qPCRシステムAgilent401456
水酸化ナトリウムSigma-Aldrich221465A.C.S.試薬
Triton X-100Sigma-AldrichT9284BioXtra
ジメチルスルホキシドSigma-AldrichD8418分子生物学の
ウシの胎児の血清のため、証明された、米国起源サーモフィッシャー科学16000-044
ハンマーによって運転される小さい穴のパンチ3/16 "穴の直径(5.1 mm)マクマスターカー3424A16
ハンマーによって駆動される小さい穴パンチ1/4 "穴の直径(7.14 mm)マクマスターカー3424A19
ハンマーによって駆動される小さい穴のパンチ5/16 "穴の直径(8.35mm)マクマスターカー3424A23

参考文献

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