ソース: トーニャ・J・ウェッブ1
1メリーランド大学医学部微生物学・免疫学科、マーリーン・スチュワート・グリーンバウム総合癌センター、ボルチモア、メリーランド州 21201
ELISPOTは、細胞の免疫応答を検出するために使用される標準化された、再現可能なアッセイです。このアッセイは、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)ベースの方法を利用して、スポットで可視化できる単細胞免疫応答を検出し、ELISPOTという名前を付けます。ELISPOTは、1983年に、チェルキンスキーによって、抗原特異的免疫グロブリンを産生するB細胞ハイブリドーマの数を列挙する方法として説明された(1)。同じグループはさらに、Tリンパ球を産生するサイトカインの頻度を測定するアッセイを開発した。現在、ELISPOTは臨床試験やワクチン候補における抗原特異的T細胞免疫を測定するためのゴールドスタンダードとなっています。例えば、ワクチン接種後または感染中に、血漿細胞および記憶B細胞は保護を提供する抗体を分泌する。典型的には、これらのB細胞応答は、抗原特異的抗体の血清定量子を測定することによって評価される。しかしながら、このタイプの分析は、典型的にはELISAによって測定され、記憶B細胞を含んでおらず、検出可能な血清抗体レベルがない場合でも存在しうる。さらに、循環記憶B細胞は病原体再曝露後に観察される迅速かつ保護抗体応答にとって重要であることが確立されており、したがって、これらの細胞を検出できることが重要である。したがって、抗原特異的記憶B細胞応答を明確に評価するために、ELISAとELISPOTの両方を使用すべきである(2)。
ELISPOTアッセイは、目的の分泌されたタンパク質を捕捉するために抗体でコーティングされた膜裏地を含むプレートを使用しています。次いで、プレートに細胞と刺激をロードしてタンパク質産生を誘導する。分泌されたタンパク質は、表面にコーティングされた抗体によって捕捉されます。適切なインキュベーション時間の後、細胞が除去され、分泌された分子は、捕捉抗体と比較して、異なるエピトープに特異的であるビオチン化抗体を使用して検出される。次に、ストレプトアビジンペルオキシダーゼを添加し、続いてスポットの検出を可能にする基板を添加する(図1)。このアッセイの強さは、目的のタンパク質を産生する細胞の数を定量化する可能性がある。重要なのは、特定のタンパク質を産生する細胞の総数に変化があるかどうか、または集団内の個々の細胞がより多くのタンパク質を産生しているかどうかを評価できることです。さらに、運動学に関する情報を提供することができ、抗原特異的応答(抗原シミュレーション)に対する全体的な免疫活性化(ミトゲン刺激)を評価するために使用することができます。ELISPOTアッセイは、ミト原性または抗原特異的活性化後の300,000細胞中の1つの活性化細胞の検出を可能にします。
図 1: ELISPOT プロトコルの概要。
このアッセイの主な利点は、その単純さ-プロトコルは比較的簡単で簡単です。技術的な専門知識を必要とせず、b. 感度- それは単一細胞レベルで免疫細胞の検出を可能にし、フローサイトメトリーなどの他の方法と比較して非常に少数の細胞を必要とする、 c. 機能性- それは免疫に関する定量的データを提供します関数。
このラボ演習では、IFN-γ分泌脾細胞の検出のためのELISPOTプロトコルを示していますが、上記のアッセイとして、B細胞による抗体分泌を評価するためにも使用できます(3)。
1. セットアップ
バッファーと試薬
機器
材料
アッセイ特異的試薬
2. 手続き
コーティング
ブロック
めっきと細胞の活性化
検出
一次抗体
二次抗体
基板
3. データ取得・分析
ノート:
酵素結合免疫スポット、またはELISPOTアッセイは、病原体または細胞損傷に対する免疫応答を分析する方法である。それは彼らが分泌する特定のタンパク質を検出することによって異なる免疫細胞の活性化の定量化を可能にする。例えば、ELISPOTは、分泌されたサイトカインを検出することにより、外来抗原に曝露した際のT細胞応答を測定するために一般的に使用される。
サイトカインベースのELISPOTアッセイの場合、プロセスは標的サイトカインに特異的である捕捉抗体を用いたELISPOTマイクロプレートのコーティングから始まります。抗体コーティング後、T細胞をウェルに添加し、例えば抗CD3抗体のような外部薬剤によって刺激される。細胞は、その後、捕捉抗体によって直ちに固定化される標的サイトカインを分泌する。タンパク質は生細胞からの分泌後即座に捕捉されるので、希釈や分解を行うことなく、このアッセイは高精度です。標的サイトカインが固定化されると、検出抗体が追加され、捕捉されたサイトカインにも結合する。
ELISPOT技術は、特定の抗体の産生を分析することにより、感染またはワクチン接種後の記憶B細胞を定量化するためにも使用することができる。抗体ベースのELISPOTでは、抗体の代わりに特定の抗原が使用され、抗原がプレートに結合するか、検出ステップで抗原が標的抗体ポストキャプチャを検出します。プロセスのすべてのバリエーションにおいて、T細胞またはB細胞に対して、検出抗体または抗原はビオチン化され、ワサビペペキシダーゼなどのストレプトアビジン結合検出酵素に結合することを可能にする。そして、ペルオキシダーゼの基質を添加すると、AEC、暗く、不溶性の沈殿物が生成される。この沈殿物は、捕捉されたタンパク質の位置をマークし、各分泌細胞は、ELISPOTリーダーまたは顕微鏡を使用して定量することができる目に見えるスポットをもたらします。スポットの大きさは、各細胞から分泌されるタンパク質の量の相対的な推定値です。このアッセイは、分泌細胞の比較的小さな亜集団においても、単一細胞からの免疫応答を検出することができ、細胞レベルでの免疫応答の研究に有用である。
このビデオでは、ELISPOT アッセイを実行し、分泌細胞を表すスポットを定量する方法を学習します。
実験を通して、層流フードで働き、手袋を着用することによって無菌状態を保障する。
このプロトコルのすべての計算は、1つの96ウェルプレートに必要なボリュームに基づいています。
まず、抗サイトカイン捕捉抗体を希釈する。これを行うには、無菌の15ミリリットルの円錐形チューブにバッファの10ミリリットルを転送します。次に、ピペットを使用してモノクローナル抗体1ミリリットル当たり10マイクロリットルをバッファーに追加し、1ミリリットル当たり1マイクログラムの最終濃度の溶液を作成します。次に、捕捉抗体溶液を無菌貯留槽に注ぎ、マルチチャンネルピペットを使用して、96ウェルELISPOTプレートの各ウェルに100マイクロリットルを分配する。
プレートカバーでプレートを覆い、蒸発を防ぐためにシールし、摂氏4度で一晩インキュベートします。翌日、層流フードにELISPOTプレートを発見。プレートを滅菌ワイプに素早く反転させ、各ウェルから捕捉抗体溶液を除去します。次に、マルチチャンネルピペットを使用して、各ウェルに200マイクロリットルの細胞培養培地を追加します。このステップは、アッセイ中に非特異的結合をブロックします。プレートカバーを交換し、37°Cのインキュベーターで2時間インキュベートします。
プレートがインキュベートされている間、1マイクロリットルのPMAと20マイクロリットルのイオノマイシンを10ミリリットルの細胞培養培地に加えて2倍のマイトゲン溶液を調製し、1ミリリットルPMAあたり15ナノグラムの最終濃度と1マイクロモルイオノマイシンを達成する。
マウス脾細胞の細胞懸濁液も滅菌フードでこの時点で調製する必要があります。顕微鏡と血球計を用いて細胞の濃度を測定し、1ミリリットル当たり200万個の細胞のストック濃度に達するまで総体積を調整する。
インキュベーションが完了したら、プレートを無菌ワイプに素早く反転させ、各ウェルから細胞培養培地を除去する。次に、ELISPOTプレートの一番上の行のウェルに、準備されたセルラー懸濁液ストック溶液の200マイクロリットルを追加します。テストを三つ三つ三つ三つに設定し、テストした各セルタイプが3つのグループ化された列のセットにメッキされます。この下に、100マイクロリットルのプレーン細胞培地をプレートの次の5列に加え、細胞ストック溶液を含む行の下に加える。
次に、セル懸濁液の100マイクロリットルを一番上の行から真下の行にピペッティングし、溶液を上下に優しく配管して細胞を均等に分配することによってシリアル希釈を行う。残りの行に対してこのプロセスを繰り返し、前の行から各ステップの下の行に 100 マイクロリットルを移動し、5 行目が連続的に希釈されるまで続けます。6列目を細胞培養培地のみで残し、コントロールとして機能させる。プレートの実験井戸内の細胞を刺激するために、準備されたマイトゲン溶液の100マイクロリットルを行1〜5の各ウェルの細胞懸濁液に加える。コントロールとして機能する6行目を刺激しないで残してください。蓋を交換し、プレートを摂氏37度、CO25%で24~48時間インキュベートします。
希釈されたビオチン化抗サイトカイン検出抗体を調製する。まず、PBSの45ミリリットルに10%のウシ血清の5ミリリットルを添加することにより、希釈アッセイの50ミリリットルを調製する。次に、検出抗体をアッセイ希釈剤で1ミリリットル当たり2マイクログラムの濃度に希釈する。また、このとき洗浄バッファーの20〜25ミリリットルを調製し、.05%のTween-20とPBSを混合して調製する。
インキュベーションが完了したら、プレートのキャップを外し、すぐに反転して井戸からすべての液体を除去します。各井戸に約200マイクロリットルの洗浄バッファーを追加してプレートを洗浄します。この液体を素早く反転させ、シンクの上にプレートをフリックして排出します。このプロセスをさらに 4 回繰り返し、合計 5 回の洗い流しを行います。次に、希釈検出抗体溶液の100マイクロリットルを各ウェルに加え、蓋を交換し、室温で2時間インキュベートする。インキュベーション後、プレートをシンク上に反転してフリックすることにより、プレートのウェルから検出抗体溶液を排出する。
前と同様に、洗浄バッファーでプレートを5回洗浄し、各洗浄の間に液体を排出する。最終洗浄後、製造元の指示に従って希釈してストレプトアビジン-ワサビ酸ペルオキシダーゼ溶液を調製する。次に、プレートの井戸を空にして、希釈されたストレプトアビジン-ワサビ酸ペルオキシダーゼ溶液を各ウェルに100マイクロリットルを加える。蓋をプレートに戻し、室温で2時間インキュベートします。
インキュベーション後、使用の15分以内に、あらかじめ作られたAEC基板溶液を活性化する。井戸の中身を捨て、以前と同様に洗浄バッファーで5回洗浄します。次に、直ちに各ウェルに100マイクロリットルのAEC基板溶液を添加する。プレートを室温のままにし、スポットの発達を監視しながら約10~20分間開発します。これらのスポットは、井戸の表面に小さく暗い円として表示されます。その後、水でプレートをすすいで、シンクの上にそれをフリックすることによって、反応を停止します。ペーパータオルの上にプレートをブロットし、一晩または完全に乾燥するまで空気乾燥を可能にします。プレートの下のプラスチックトレイを取り外すと、乾燥が容易になります。乾燥後、スポットは自動プレートリーダーでカウントする準備ができています。
ここでは、CTL ImmunoSpotリーダーが使用されますが、このプロトコルは任意のリーダーに適合させることができます。次に、CTLプログラムを開き、スキャンカウントをクリックします。トレイのイジェクトを押して、マシンから伸ばします。次に、プラスチック製のアダプターを取り外し、ELISPOT プレートとアダプターの行 A を揃えます。ファイルを保存するファイル名と場所を選択し、プレートとアダプタをトレイにロードします。ソフトウェアのロードをクリックし、マシンの側面にあるドアを閉じます。次に、[カウント後に開始] を押します。ファイルが保存されていることを確認し、品質管理QCソフトウェアを開いてデータを分析し、スポットの数をカウントします。このデータを Excel ファイルとしてエクスポートします。解析が完了したら、[射出] をクリックしてプレートを取得します。
この実験では、野生型および腫瘍を有するマウスの細胞をめっきし、IFNガンマについて分析した。細胞濃度が低下するとスポット数が減少します。通常、ELISPOTデータは、めっきされたセル数あたりのスポット数として表示されます。この例では、スポットの数を棒グラフに表示し、それぞれの細胞濃度を X 軸に一覧表示しました。スポットの数は、特定の母集団内のセルの合計数あたりのアクティブ化されたセルの数を示していることに注意してください。
このELISPOTアッセイでは、野生型および腫瘍性マウス由来の脾臓白血病をIFN-γについて分析した。図2は、アッセイ結果の視覚画像を示す。緑色の数字は、ウェルあたりのスポット数を示します(TNTCは「数えるには数えきれない」ことを示します)。細胞濃度が低下するとスポット数が減少します。
図2A:腫瘍を有するマウスにおける免疫応答の減少この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
通常、ELISPOTデータは、めっきされたセル数あたりのスポット数として表示されます。図 2 B では、スポット数が棒グラフに表示され、それぞれのセルラー濃度が X 軸に表示されます。グラフ作成のために、150 はスポットの最大数を示すために使用されました。腫瘍を有する動物におけるマウス脾臓白血病産生IFN-γの数は、野生型のものよりも低い。
図2B:腫瘍を有するマウスにおける免疫応答の減少脾細胞は対照C57BL/6(野生型)および腫瘍性マウスから採取し、PMA/イオノマイシンで48時間刺激した。ELISPOTアッセイは、IFN-γ産生脾臓白血病の数を定量するために使用された。(A) データの視覚的および (B) グラフィカルな表現。TNTC はカウントする数が多すぎることを示します。グラフ作成のために、150 はスポットの最大数を示すために使用されました。緑色の数字は、ウェルごとにカウントされるスポットの数を示します。赤い数字は、どのスポットがセルで、どのスポットが破片、アーティファクト、またはエッジ効果であるかを判断するために使用された参照ウェルを示し、解析から除外する必要があります。
ELISPOTアッセイは、特定の解体を分泌する細胞の数を決定することによって、免疫細胞の活性化を評価することを可能にする。スポットの大きさと強度は、各細胞によって生成される分析量に関する情報を提供します。上記のプロトコルは、単一のサイトカインの検出を詳細に説明した。しかし、最近の開発は、このアッセイの有用性を高めています。現在、ウェル内の複数の解素を検出するために蛍光検出染料を使用することができます。これにより、一方または両方の解体を分泌するセルの異なる亜集団の検出が可能です。
The Enzyme-linked Immunospot, or ELISPOT, assay is a method to analyze the immune response to a pathogen or cell damage. It allows for quantification of the activation of different immune cells by detecting specific proteins they secrete. For example, ELISPOT is commonly used for measuring T-cell responses upon exposure to a foreign antigen by detecting secreted cytokines.
For a cytokine-based ELISPOT assay, the process begins with the coating of an ELISPOT microplate with a capture antibody, which is specific to the target cytokine. After the antibody coating, T-cells are added to the wells and stimulated by an external agent, like anti-CD3 antibody, for example. The cells then secrete the target cytokine, which immediately gets immobilized by the capture antibody. Since the protein is captured instantly post-secretion from live cells, without dilution or degradation, this assay has a high accuracy. After the target cytokine is immobilized, a detection antibody is added, which also binds to the captured cytokine.
The ELISPOT technique can also be used to quantify memory B-cells after an infection or vaccination by analyzing their production of specific antibodies. In an antibody-based ELISPOT, a specific antigen is used instead of an antibody for either the capture step, where the antigen will be bound to the plate, or at the detection step, where the antigen detects the target antibody post-capture. In all variations of the process, for T-cells or B-cells, the detection antibody or antigen is biotinylated, which allows it to bind to a streptavidin-conjugated detection enzyme, such as horseradish peroxidase. Then, upon addition of the peroxidase’s substrate, AEC, a dark, insoluble precipitate is produced. This precipitate marks the location of the captured protein, and each secretory cell results in a visible spot, which can be quantified using an ELISPOT reader or a microscope. The size of the spots is a relative estimate of the amount of protein secreted from each cell. This assay can detect immune responses from single cells, even in relatively small subpopulations of secretory cells, making it useful for studying immune responses at the cellular level.
In this video, you will learn how to perform an ELISPOT assay and then quantify the spots representing the secretory cells.
Throughout the experiment, ensure sterile conditions by working in a laminar flow hood and wearing gloves.
All calculations in this protocol are based on the volume needed for one 96-well plate.
First, dilute the anti-cytokine capture antibody. To do this, transfer 10 milliliters of buffer into a sterile 15 milliliter conical tube. Then, use a pipette to add 10 microliters of one milligram per milliliter of monoclonal antibody to the buffer to create a solution with a final concentration of one microgram per milliliter. Next, pour the capture antibody solution into a sterile reservoir and, using a multichannel pipette, distribute 100 microliters into each well of a 96-well ELISPOT plate.
Cover the plate with a plate cover, seal it to prevent evaporation, and incubate overnight at four degrees Celsius. The next day, uncover the ELISPOT plate in the laminar flow hood. Quickly invert the plate onto sterile wipes to remove the capture antibody solution from each well. Next, use a multichannel pipette to add 200 microliters of cell culture medium to each well. This step will block non-specific binding during the assay. Replace the plate cover and incubate in a 37 degrees Celsius incubator for two hours.
While the plate is incubating, prepare a 2X mitogen solution by adding one microliter of PMA and 20 microliters of ionomycin to 10 milliliters of cell culture medium to achieve a final concentration of 15 nanograms per milliliter PMA and one micromolar ionomycin.
Cellular suspensions of mouse splenocytes should also be prepared at this time in a sterile hood. Using a microscope and hemocytometer, measure the concentration of cells and adjust the total volume until a stock concentration of two million cells per milliliter is reached.
After incubation is complete, quickly invert the plate onto sterile wipes to remove the cell culture medium from each well. Next, add 200 microliters of the prepared cellular suspension stock solution to the wells in the top row of the ELISPOT plate. Set up the experiment in triplicate, so that each cell type tested will be plated in a set of three grouped columns. Below this, add 100 microliters of plain cell culture medium to the next five rows of the plate, below the rows containing cellular stock solution.
Next, perform a serial dilution by pipetting 100 microliters of the cell suspension from the top row into the row directly below, gently pipetting the solution up and down to evenly distribute the cells. Repeat this process for the remaining rows, moving 100 microliters from the previous row to the row below at each step, continuing until the fifth row has been serially diluted. Leave the sixth row with cell culture medium only, to serve as a control. To stimulate the cells in the experimental wells of the plate, add 100 microliters of the prepared mitogen solution to the cellular suspensions in each well of rows one through five. Be sure to leave the sixth row, which will serve as the control, unstimulated. Replace the lid and incubate the plate at 37 degrees Celsius and 5% CO2 for 24 to 48 hours.
Prepare the diluted biotinylated anti-cytokine detecting antibody. First, prepare 50 milliliters of assay diluent by adding 5 milliliters of 10% fetal bovine serum to 45 milliliters of PBS. Next, dilute the detecting antibody to a concentration of 2 micrograms per milliliter in assay diluent. Also, prepare 20 to 25 milliliters of wash buffer at this time, by mixing .05% Tween-20 and PBS.
After the incubation is complete, uncap the plate and quickly invert it to remove all liquid from the wells. Wash the plate by adding about 200 microliters of wash buffer to each well. Expel this liquid by quickly inverting and flicking the plate over a sink. Repeat this process four more times for a total of five washes. Next, add 100 microliters of the diluted detection antibody solution to each well, replace the lid, and incubate at room temperature for two hours. After incubation, expel the detection antibody solution from the wells of the plate by inverting and flicking the plate over the sink.
As before, wash the plate five times with wash buffer, expelling the liquid between each wash. After the final wash, prepare the streptavidin- horseradish peroxidase solution by diluting it according to the manufacturer’s instructions. Next, with the wells of the plate empty, add 100 microliters of diluted streptavidin- horseradish peroxidase solution to each well. Place the lid back onto the plate and incubate at room temperature for two hours.
After the incubation, no more than 15 minutes before use, activate pre-made AEC substrate solution. Discard the contents of the wells and wash the plate five times with wash buffer, as before. Then, immediately add 100 microliters of prepared AEC substrate solution into each well. Leave the plate at room temperature to develop for approximately 10 to 20 minutes, while monitoring spot development. These spots will appear as small, darkened circles on the surface of the wells. Then, stop the reaction by rinsing the plate with water and flicking it over the sink. Blot the plate on paper towels and allow to air dry overnight or until completely dry. Removing the plastic tray under the plate will facilitate drying. After drying, the spots are ready to be counted with an automated plate reader.
Here, the CTL ImmunoSpot reader is used, but this protocol can be adapted for any reader. Then, open the CTL program and click on Scan Count. Push eject for the tray to extend from the machine. Then, remove the plastic adapter and align row A on the ELISPOT plate and adapter. Choose a file name and location for the file to be saved and load the plate and adapter onto the tray. Click Load on the software and close the door on the side of the machine. Then, press Start After Counting. Ensure that the file is saved and then open the Quality Control QC software to analyze the data and count the number of spots. Export this data as an Excel file. Once analysis is complete, click Eject to retrieve the plate.
In this experiment, cells from wild type and tumor-bearing mice were plated and analyzed for IFN gamma. Notice that the number of spots decreases with decreasing cell concentration. Typically, ELISPOT data are presented as the number of spot counts per number of cells plated. In this example, the number of spots were displayed in a bar graph, with each respective cellular concentration listed on the x-axis. Notice that the number of spots indicates the number of activated cells per total number of cells in a given population.
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