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方法論記事

環境病原体に対するヒトの暴露を測定するために唾液抗体マルチプレックスイムノアッセイの開発

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DOI:

10.3791/54415

2016年9月12日

この記事について

サマリー

現在の資源不足の状況では、研究者がより安価に、より速く、より正確に研究を行うことを可能にする新しい技術が出現しています。ここでは、複数の環境病原体へのヒトの曝露を同時に測定するためのビーズベースの唾液抗体マルチプレックス免疫測定法の開発について説明します。

要約

病因および環境病原体に対するヒトの曝露の影響世界中の主要な関心事であると、このように、効果的なコストを用いて露光し、感染を評価する能力、高スループットのアプローチが不可欠であろう。この原稿は、同時に複数の病原体に対するヒトの唾液中の抗体の存在を測定することができるビーズベースのマルチプレックスイムノアッセイの開発と分析を記載します。血清より収集するために、非侵襲的に安価かつ容易であるため、唾液は、この用途に特に魅力的です。環境病原体からの抗原は、カルボキシル化ミクロスフェア(ビーズ)に結合され、ビーズに基づく、溶液相アッセイを用いたヒトの唾液サンプルの非常に少量で、抗体を測定するために使用しました。ビーズはカンピロバクター、ヘリコバクター・ピロリ菌、トキソプラズマ、ノロウイルス(G I.1およびG II.4)およびA型肝炎ウイルス由来の抗原と結合させました。抗原が十分に結合させたことを確認するために、ビーズは、結合は、ビオチン化抗種二次検出抗体およびストレプトアビジンR-フィコエリトリンレポーター(SAPE)とのインキュベーション、続いて、種特異的な、動物由来の一次捕捉抗体を用いて確認しました。非特異的結合を測定するための対照として、あるビーズセットは、それが任意の抗原に結合しなかった以外、他に同様に処理しました。抗原結合およびコントロールビーズは、次いで、フローサイトメトリーの原理に基づいて、ハイスループット分析器で測定し、プロスペクティブ・採取したヒト唾液試料と共にインキュベートし、そして各抗原に対する抗体の存在は、蛍光強度中央値の単位(MFI)を測定しました。 。このマルチプレックスイムノアッセイは少ないサンプルでより多くのデータを含む多くの利点を、持っています。コスト削減と労働;関心のある多くのターゲットにアッセイをカスタマイズする機能。結果は、唾液、マルチプレックスイムノアッセイをespeciaあり得る、以前の曝露および感染を識別することが可能であることを示しています大規模な人間の集団を含むサーベイランス研究でLLY有用。

概要

下痢関連の病気の85八パーセントは、全世界で約150万人の死亡を引き起こし、汚染された水へのヒトの暴露、危険な食品、および不衛生/衛生状態に関連付けられている、の大半は子供1です 。これは、公衆衛生当局や政策立案者のための懸念の主な原因です。水性およびその他の環境の病原体に関連したエクスポージャーや病気を調査するための努力で、我々は、ヒト試料2-4中の抗体を測定するためのマルチプレックスイムノアッセイを開発しました。この方法は、これらの病原体へのヒトの暴露を決定するために、より良いimmunoprevalence入射感染を定義するために疫学的研究に適用することができます。

唾液は、人間のバイオマーカー研究のための血清の代替としてかなりの可能性を秘めています。唾液を使用する利点の中でも、サンプル収集、低コストの非侵襲性と使いやすさであり、試料を容易に<子供5-7から収集することができます/ SUP>。血清および唾液サンプルは、Hに対する抗体のために広く研究されてきましたピロリ 2,3,8、 熱帯熱マラリア原虫(Plasmodium falciparum)9、 赤痢アメーバ 10、クリプトスポリジウム 3,11、 肺炎連鎖球菌 12、肝炎ウイルスAとC 13-14、 ノロウイルス 2-4,15、T.ゴンジ 2-4、デング熱ウイルス16、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)17、および大腸菌 O157:H7 18。

マルチプレックスイムノアッセイは同時に単一のサンプルボリューム内および単一サイクルまたは実行中の複数の検体の分析を可能にします。 C.からの多重化抗原ジェジュニ 、T.ゴンジ、ピロリ菌は、A型肝炎ウイルス、および2つのノロウイルスを使用して、これらの病原体に対するヒト唾液のIgGおよびIgA 2-4 3,4および血漿のIgG 2,3抗体応答を測定するために使用されましたビーズベースの多重化イムノアッセイ。水、土壌、食品中の微生物への曝露の疫学的研究に関連して使用される場合、本研究において記載されるアッセイのタイプは、環境病原体によって引き起こされる感染症の理解を高めるために貴重な情報を提供することができます。また、このような研究から得られた唾液抗体のデータは、リスク評価モデル19-22を改善するために使用することができます。

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プロトコル

承認は、米国の一部として、プエルトリコ、ボケロンビーチでbeachgoersから刺激滲出唾液サンプルを収集するための治験審査委員会(IRB#08から1844まで、ノースカロライナ大学チャペルヒル、ノースカロライナ州、米国)から入手しました環境保護庁(USEPA)国立疫学およびレクリエーション(NEEAR)水研究23の環境アセスメントは、水泳関連エクスポージャーや病気を評価しました。被験者は、インフォームドコンセントを提供し、訓練を受けたUSEPA請負業者によって唾液収集装置の使用を指示されました。唾液サンプルを受信すると、それらを遠心分離し、そして4に記載のように-80℃で保存し、氷上で輸送しました。

1.ビーズのアクティベーション

  1. ボルテックスし、20秒間超音波処理し、マイクロ遠心チューブにストックビーズ(400μL)の転送が約5.0×10 6により再懸濁ビーズセットを取り揃えております。
    注:T彼は、12.5×10 6ビーズ/ mlの濃度で供給されているビーズ。
  2. 2分間万×gで遠心分離することにより、在庫ビーズをペレット化。
  3. 20秒間ボルテックスし、超音波処理により蒸留水(のdH 2 O)の上清を除去し、100μlのペレット化したビーズを再懸濁します。繰り返し手順1.2。
  4. 上清を除去し、20秒間ボルテックスし、超音波処理により100mMの一塩基性リン酸ナトリウム、pHが6.2の80μlの洗浄したビーズを再懸濁します。
  5. 使用直前に、10mgのスルホ-NHSのアリコートに200μlののdH 2 Oを添加することにより、50 mg / mlでN -hydroxysulfosuccinimide(スルホ-NHS)ソリューションとなります。ボルテックスで混ぜます。
  6. ビーズに50 mg / mlでスルホ-NHSの10μLを加えます。ボルテックスで混ぜます。
  7. 使用直前に、10 mgのEDCアリコートに200μlの蒸留水(のdH 2 O)を添加することにより、50 mg / mlで1-エチル- [3dimethylaminopropyl]カルボジイミド塩酸塩(EDC)ソリューションとなります。ボルテックスで混ぜます。
  8. 50の10μLを追加ビーズのmg / mlでEDC溶液。ボルテックスで混ぜます。 10分間隔でボルテックスすることによって混合しながら、暗所で、室温で20分間ビーズをインキュベートします。 2分間万×gでマイクロ遠心によって活性化ビーズをペレット。
  9. 上清を除去し、20秒間ボルテックスし、超音波処理により、50mMの2- [N-モルホリノ]エタンスルホン酸(MES)、pH5.0の250μlの中でビーズを再懸濁します。
  10. 2分間万×gでマイクロ遠心によって活性化ビーズをペレット。
  11. 繰り返しは、1.9と1.10を繰り返します。
    注:これはの50mM MES、pHが5.0で2回の洗浄の合計を提供します。
  12. 20秒間ボルテックスし、超音波処理によっての50mM MES、pH5.0の100μlの中のビーズを再懸濁します。

2.ビーズカップリング

  1. を表1に示す濃度を用いてビーズセットの抗原。
  2. 活性化ビーズに各抗原を追加し、50mMのMES、pHを5.0に500μlの総容積をもたらします。抗原をミックスAN渦により、Dビーズ。
  3. 暗所で室温で回転(〜15回転)で混合しながら2時間のための抗原とビーズをインキュベートします。 2分間万×gでマイクロ遠心によって結合されたビーズをペレット化。
  4. 上清を除去し、リン酸緩衝生理食塩水500μlのビーズを再懸濁(PBS)-bovine血清アルブミン(BSA)-polyoxyethylenesorbitanラウレート(ツイーン20) - ナトリウムアジド(PBS-TBN)ボルテックスし、超音波処理することによりpHを7.4。 2分間万×gで微量遠心によりビーズをペレット化し、上清を除去します。
    注意:アジ化ナトリウムは急性毒性化学物質です。飲み込んだり皮膚に接触して取得する場合には致命的です。粉じん/煙/ガス/ミスト/蒸気やスプレーを吸入しないこと。取り扱う際は、適切な個人用保護具(P​​PEの)を着用し、適切な法律に従って処分します。
  5. 20秒間ボルテックスし、超音波処理によりPBS-TBNの1ミリリットル中のビーズを再懸濁します。
  6. 2分間万×gで微量遠心によりビーズをペレット。
  7. 繰り返しは、2.5と2.6を繰り返します。
    注:これは、PBS-TBNで2回洗浄の合計を提供します。
  8. 1mlのPBS、1%BSA、0.05%アジド、pH​​7.4中で結合し、洗浄したビーズを再懸濁します。暗所で2〜8℃の冷蔵庫に結合されたビーズを保管してください。

3.ビーズカウント

  1. 水またはPBS緩衝液中で結合されたビーズの1:10希釈液を準備します。
  2. 試料導入点での血球計数器への負荷のビーズ希釈液10μLを。
  3. 4×4コーナーグリッドの1に見られるビーズを数えます。以下の式を用いて結合されたビーズの総数を計算する:数(4×4のグリッドの1角)×(1×10 4)×(希釈係数)はミリリットルに再懸濁体積をxは。

抗原結合の4確認

  1. 20秒間ボルテックスし、超音波処理により、目的の抗原に結合されたビーズの原料混合物を再懸濁します。
  2. 最終的に結合されたビーズストックを希釈することにより、作業ビーズ混合物を準備します100ビーズ/ PBS-1%BSA緩衝液(PBS-1%BSA、pH7.4)中で設定された各固有のビーズμlの濃度。
  3. PBS-1%BSA緩衝液を用いて丸底プレートの96ウェルで、製造業者の推奨に従って抗種IgGを一次抗体の少なくとも7 2倍連続希釈液を調製します。
  4. 洗浄バッファー100μlの各抗原結合確認試験のための96ウェルフィルター底プレートの別々の8ウェル列(8列)をプリウェット及び真空により上清を除去します。プリウェットウェルに取り組んビーズ混合物(抗原結合ビーズ)の50μLを加えます。
  5. バックグラウンドウェルとして機能するように希釈した抗体の代わりに 8行するために、96ウェルフィルタープレートの各列の列1-7とPBS-1%BSA緩衝液の50μlに抗体希釈液50μlを加えます。ピペッティングによって、および5回上下マルチチ​​ャンネルピペッターで混ぜます。確認するように設定し、すべての抗原結合ビーズと同じ手順を実行します。
  6. 覆い、室温の暗所でインキュベートすることを可能にします500 rpmでマイクロプレートシェーカー上で1時間erature。真空により上清を取り除きます。
  7. 洗浄緩衝液100μlでウェルを洗浄し、真空により上清を除去します。 1倍を繰り返します。マルチチャンネルピペッターを用いてPBS-1%BSA50μlのビーズを再懸濁します。
  8. PBS-1%BSA中の16μg/ mlにビオチン化抗種に特異的なIgG二次検出抗体を希釈します。
  9. ダウン5回ピペッティングにより各ウェルに希釈した二次抗体を50μl加えます。
  10. フィルタープレートを覆い、プレートシェーカー上で30分間室温で暗所でインキュベートすることを可能にします。真空により上清を取り除きます。洗浄緩衝液100μlでウェルを洗浄し、真空により上清を除去します。洗浄1Xを繰り返します。
  11. マルチチャンネルピペッターを用いてPBS-1%BSA50μlのビーズを再懸濁します。
  12. PBS-1%BSA中24 / mlのにストレプトアビジンR-フィコエリトリンレポーター(SAPE)を希釈します。
  13. 各ウェルにレポーターの50μLを加え、ピペッティングによって、および5回上下混ぜます。
  14. C言語フィルタープレート上、プレートシェーカー上で30分間室温で暗所でインキュベートすることを可能にします。真空により上清を取り除きます。洗浄緩衝液100μlでウェルを洗浄し、真空により上清を除去します。洗浄1Xを繰り返します。
  15. PBS-1%BSAの100μl中に再懸濁ビーズおよびアナライザ29を使用して50μLを分析します。
    注:ビーズベースのマルチプレックスイムノアッセイの結果は、中央値蛍光強度(MFI)で測定されます。エラーを回避するために利用可能な場合は常に、ソフトウェアのマニュアルの最新版を参照してください。

5.唾液マルチプレックスイムノアッセイ

  1. -80°Cフリーザーから唾液を外し、室温で解凍することができます。
  2. 再懸濁抗原は、20秒間ボルテックスし、超音波処理により、ビーズストックを結合さ。
  3. 100ビーズ/ PBS-1%BSA緩衝液で設定した各ユニークなビーズのμlの最終濃度に結合されたビーズストックを希釈することにより、作業ビーズ混合物を準備します。
  4. 唾液の4希釈ワット:1を準備します96ウェル、ディープウェルプレート中のPBS-1%BSA緩衝液番目。
  5. プリウェットフィルター洗浄緩衝液100μlでプレートと真空により上清を除去します。
  6. 8最終希釈:作業ビーズ混合物および1のための96ウェルフィルタープレートの95ウェルに希釈した唾液の同体​​積の50μLを加えます。マルチチャンネルピペッターとの反応を混ぜます。 1つのウェルコントロールに、50μlの抗原結合ビーズプラス(唾液の代替として)PBS-1%BSA緩衝液50μlを追加します。
  7. 覆い、500rpmで、マイクロプレートシェーカー上で1時間室温で暗所でインキュベートすることを可能にします。真空により上清を取り除きます。洗浄緩衝液100μlでウェルを洗浄し、真空により上清を除去します。洗浄1Xを繰り返します。
  8. マルチチャンネルピペッターを有するPBS-1%BSA50μlに再懸濁ビーズ。
  9. PBS-1%BSAで16 / mlのビオチン化ヤギ抗ヒトIgG二次検出抗体を希釈します。
  10. 各ウェルに二次抗体を希釈した50μlのを追加して内容物を混合マルチチャンネルピペッター。
  11. フィルタープレートを覆い、プレートシェーカー上で30分間室温で暗所でインキュベートすることを可能にします。真空により上清を取り除きます。洗浄緩衝液100μlでウェルを洗浄し、真空により上清を除去します。洗浄1Xを繰り返します。
  12. マルチチャンネルピペッターを有するPBS-1%BSA50μlに再懸濁ビーズ。
  13. PBS-1%BSA中24 / mlのにストレプトアビジンR-フィコエリトリンレポーター(SAPE)を希釈します。
  14. 各ウェルに50μlのレポーターを追加し、マルチチャンネルピペッターで混ぜます。
  15. フィルタープレートを覆い、プレートシェーカー上で30分間室温で暗所でインキュベートすることを可能にします。真空により上清を取り除きます。洗浄緩衝液100μlでウェルを洗浄し、真空により上清を除去します。洗浄1Xを繰り返します。
  16. PBS-1%BSAの100μl中に再懸濁ビーズおよびアナライザ29を使用して50μLを分析します。
    注意:マルチプレックスイムノアッセイの結果は、蛍光強度中央値(MFI)単位で測定されています。常にを参照してください。ソフトウェアマニュアルの最新バージョン、エラーを回避するために利用可能な場合。

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結果

一つのユニークなビーズセットは、変動をサンプリングするために、非特異的な結合とサンプルを測定するための対照として使用しました。これらのビーズは、それらがカップリング工程の任意の抗原と共にインキュベートされなかったことを除いて、抗原結合ビーズと同じように処理しました。全唾液試料とインキュベートコントロールビーズから得られた> 500 MFI値は、血清からの原因が疑われる汚染をさらなる分析から除去し、残りの応答は、分散ログました。歯茎が収集装置に、または研究の参加者が歯周病を持っている場合は添付のスポンジであまりにも激しくこすっている場合、唾液、血清で汚染することができます。対数変換されたMFIのデータは、平均プラスログMFI値の3標準偏差に基づいて、505 MFIの免疫カットオフポイントを計算するために使用しました。さらに、抗原結合ビーズを希除くすべての方法で試験ウェルのように処理した特定のウェルに添加しました。uted唾液は、バックグラウンド蛍光との交差反応性を評価するためにPBS-1%BSAで置換しました。これらのバックグラウンドウェルで得られたMFI値は、各唾液...

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ディスカッション

これらの結果は、マルチプレックスイムノアッセイ法は、免疫または免疫陰性である唾液サンプルとを区別するために有用であることを示しています。免疫陽性を決定するために、シングルカットオフポイントは、平均+唾液試料のすべてでテスト制御カップリングしていないビーズの対数変換MFI応答の3つの標準偏差を計算することによって開発されました。カットオフポイントは、単一または複数の病原体への曝露とimmunoprevalenceを評価する能力を得ました。この弁別力は、環境および他の病原体への曝露に関連した健康リスクを調査するために集団研究において有用であり得ます。

MFIの分布、非結合対照とどの研究が答えるように設計された質問に応じてカットオフ点を決定するために用いることができる他のいくつかの方法があります。カットオフを決定するためのいくつかの例は、有限混合モデル24-26を含む平均プラス3コントロールへの応答の標準偏差、平均値プラスコントロールへの応答の2標準偏差、および3回のコントロール27,28に対する応答の平均。単純なスクリーニングのために、あま...

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開示事項

研究開発のその事務所を通じて米国環境保護庁が資金を提供し、ここで説明する研究を管理していました。これは、庁の行政審査を受け、出版が承認されました。商号又は商業製品に関する記述は、使用のための承認または推奨するものではありません。

謝辞

Clarissa Curiosoは、米国エネルギー省と米国環境保護庁との間の省庁間協定を通じて、オークリッジ科学教育研究所が管理する米国環境保護庁の研究参加プログラムへの任命を通じて支援を受けました。

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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
機器とソフトウェア
マイクロ遠心分離サーモエレクトロンコーポレーション75002446サンプルを遠心分離するために使用されます
ボルテックスミキサーVWRG560サンプルを混合するために使用されます
ソニケーター (ミニ)フィッシャーサイエンティフィック15-337-22ビーズを分離するために使用されます
ピペッター P10、P20、P100、P1000、8チャンネル。キャップ各種
血球計算盤(ブライトライン)Housser Scientific 3200結合ビーズを数えるために使用
マルチスクリーン真空マニホールドミリポアMSVMHTS00上澄みを除去するための洗浄ステップで使用
マイクロシェーカーVWR12620-926インキュベーション中にビーズを攪拌するために使用
チューブラック(1.5mlおよび0.5ml)(アソート)VWR30128-346
計量スケールメトラーまたはその他バッファー作製用洗浄試薬の測定に使用
Dynabead Sample MixerInvitrogen947-01カップリングインキュベーションステップで使用
MatLab (R2014b)The MathWorks, Inc.抗体応答データの分析に使用
Microsoft Excel 2014Microsoft Corporation抗体応答データの分析に使用
Luminex Analyzer with xPonent 3.1 softwareLuminex CorporationLX200-XPON3.1assay
Antigens
GI.1 Norwalk Virus: p-particleXi の実行に使用江(CCHMC)*NA*シンシナティ小児病院。ファイナル・コンc. 5 µg.
GII.4 ノロウイルス VA387: p-粒子Xi Jiang (CCHMC)*NA*シンシナティ小児病院.ファイナル・コンc. 5 µg.
A型肝炎ウイルス:細胞培養からのグレードII濃縮物Meridian Life Sciences8505抗原は100 & microで結合。g
ヘリコバクター ピロリ: ライセートMeridian Life SciencesR14101抗原 25 & micro;g
トキソプラズマ原虫:組換えp30(SAG1)Meridian Life SciencesR1842625で結合しました。g
Campylobacter jejuni:熱は全細胞を殺しましたKPL50-92-93抗原は50で結合しました。g
Primary Antibodies
モルモット抗ノロウイルス(CCHMC)*NAカップリング確認に使用
マウス抗A型肝炎IgGメリディアンライフサイエンスC65885Mカップリング確認に使用
抗A型肝炎IgGメリディアンライフサイエンスC65885Mカップリング確認に使用
BacTraceAffinity 精製抗体 Helicobacter pyloriKPL01-93-94カップリング確認に使用
ヤギ pAb to トキソプラズマ gondiiAbcamAb23507カップリング確認に使用
BacTrace ヤギ 抗カンピロバクター種KPL01-92-93確認
に使用<ストロング>セカンダリ 抗体
ビオチン-SP-結合型アフィニピュアロバ抗ヤギIgG(H+L)ジャクソン705-065-149カップリング確認に使用
ビオチン化ウサギ抗ヤギIgG(H+L)KPL16-13-06カップリング確認に使用
ビオチン化ヤギ抗マウスIgG(H+L)KPL16-18-06カップリング確認
に使用親和性精製抗体ビオチン標識ヤギ抗ウサギIgG(H + L)KPL176-1506カップリングの確認
消耗品
1.5ml共重合体微量遠心チューブUSAサイエンティフィック1415-2500低結合微量遠心チューブとして使用
10 & マイクロ;lピペットチップリフィルBioVentures5030050C
200 & マイクロ;lピペットチップリフィルBioVentures5030080C
1,000 & マイクロ;lピペットチップはBioVentures5130140C
アルミホイル様々なベンダーインキュベーション中にビーズを暗闇に保ちます
ディープウェルプレートVWR40002-009唾液サンプルの希釈に使用
マルチスクリーンフィルタープレートミリポアMABVN1250アッセイを実行するために使用されます
Oracol 唾液収集システムMalvern Medical開発限定唾液採取に使用
<強>試薬
カルボキシル化マイクロスフェア(ビーズ)ミネックスコーポレーションビーズセットに依存抗原はマイクロスフェアに結合しています
EDC (1-エチル-3-[3-ジメチルアミノプロピル]カルボジイミド塩酸塩)Pierce77149または22980ビーズ活性化
に使用スルホ-NHS(N-ヒドロキシスルホスクシンイミド)Pierce24510ビーズ活性化に使用
ステプタビジン-R-フィコエリトリン(1 mg / ml)分子プローブS-866レポーターとして使用
MES(2-[N-モルフォリノ]エタンスルホン酸)シグマM-2933
Tween-20(ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート)シグマのカップリングに使用P-9416洗浄緩衝液で非特異的な結合
<強>タンパク質緩衝液<
強>PBS-TBNブロッキング/保存緩衝液(PBS、0.1%BSA、0.02%Tween-20、0.05%アジド、pH 7.4)**フィルター滅菌して4°Cで保存します。C
PBS、pH 7.4シグマP-3813138 mM NaCl、2.7 mM KCl
BSAシグマA-78880.1% (w/v)
Tween-20シグマP-94160.2% (v/v)
アジ化ナトリウム (0.05% アジド)**シグマS-8032**注意: アジ化ナトリウムは急性毒性があります。皮膚や目との接触を避けてください。適切なPPEを着用してください。適用される法律に従って廃棄してください。
MES/カップリングバッファー (0.05 M MES, pH 5.0)
MES (2-[N-モルフォリノ]エタンスルホン酸)SigmaS-3139
5 N NaOHFisherSS256-500
Assay Buffer (PBS, 1% BSA, pH 7.4) Filter 滅菌し、4°Cで保管します。C
PBS、1% BSA、pH 7.4SigmaP-3688138 mM NaCl、2.7 mM KCl、1% BSA
活性化バッファー (0.1 M NaH2PO4、 pH 6.2)Filter 滅菌し、4°Cで保管してください。C
NaH2PO4 (リン酸ナトリウム、一塩基性無水)SigmaS-31390.1 M NaH2PO4
5 N NaOHFisherSS256-500
Wash Buffer (PBS, 0.05% Tween-20, pH 7.4)Filter 滅菌して4°Cで保存します。C
PBS、0.05% Tween-20、pH 7.4SigmaP-3563138 mM NaCl、2.7 mM KCl、0.05% TWEEN
機 抗原は マウス カップリングを補充しますル

参考文献

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