Summary
自動免疫 MALDI (iMALDI) 技術を使用して複雑な体液でプロテインの定量のためのプロトコルが表示されます。
Abstract
質量分析 (MS) は、各ターゲット分子の質量電荷比の直接検出の結果として優秀なアッセイの特異性と複雑な試料中のタンパク質を定量化するための最も一般的に使用される技術の一つです。しかし、他のほとんどの分析技術のような MS ベースのプロテオミクスは高豊富な検体を測定への偏り、検出限界は低い ng/mL のまたは pg/mL で複雑なサンプル、およびこれは多くの濃度範囲を達成するために困難ですのでひと血漿など生体の疾患関連蛋白質。低豊富な検体の検出を支援するには、免疫強化を集中し、MS の測定、アッセイの感度が大幅に向上する前に検体を浄化するアッセイに統合されています。この作品で、免疫-マトリックス レーザー脱離イオン化 (iMALDI) 技術がタンパク質及びペプチドの生体の定量化のために提示はビーズに免疫強化に基づく、事前の溶出なし MALDI MS 測定が続きます。抗ペプチド抗体は磁気ビーズの官能基化、サンプルと孵化させます。洗浄後、ビーズは MALDI ターゲット プレート上に直接転送し、マトリックス ソリューションがビーズに適用された後、飛行 (MALDI-TOF) 計器の MALDI 時間は信号を測定します。その他免疫 MS の試金に比較サンプルの準備の手順を簡略化し、MALDI の測定は高速。改善された分析の再現性と高スループット処理システム、液体全体サンプル準備が自動化されます。この記事で iMALDI 試金はペプチド アンジオテンシンを決定するため使用される私 (Ang 私) 原発性アルドステロン症 (PA) のスクリーニングのため血漿レニン活性の読み出しとして臨床的に使用されている血漿中濃度。
Introduction
質量分析法による定量的プロテオミクスにおける必要不可欠なツールとなっています。質量分析法は、ターゲット蛋白質またはペプチッドの固まりを判断できます、したがって得られた試料信号することができます非常に具体的イムノアッセイと比較しています。エレクトロ スプレーと MALDI は、2 つのイオン化方法は、タンパク質・ ペプチド1,2,3、4を検出するためによく使用されます。MS を用いたタンパク質定量における大きな課題は、高豊富な蛋白質の存在下で ng/mL または pg/mL の濃度で複雑な試料中の低豊富なタンパク質の検出、ひと血漿中発見多く候補蛋白質バイオ マーカーこれの範囲の5を実行します。この問題は、本質的に広いダイナミック レンジおよび人間の proteome6の複雑さが主原因です。
ターゲット蛋白質または固体表面上にサンプル ソリューションからペプチドを豊かにする方法が免疫 MS 検出課題を克服するために開発されて、検体と MS 測定7,8の溶出順,9,10します。 複雑なサンプルから濃縮、免疫を介して、検体を精製し、他の分子からイオン抑制効果を最小化するため。固体の様々 なサポートの中では、扱いやすさと高い抗体結合能力の利点を有するので磁気ビーズは最も広く使用現在。別の functionalizations とサイズの磁気ビーズを開発し、免疫沈降実験のため商品化します。日には、ビーズに免疫強化をエレクトロ スプレー イオン化 (ESI) と MALDI MS タンパク質およびペプチドの測定のためインターフェースされてが。安定同位体標準および抗ペプチド抗体 (SISCAPA) 技術による捕獲は、免疫強化のための抗体をコートしたビーズと孵化によって続いて、試料中のタンパク質は消化されます。「古典的な」SISCAPA でキャプチャ proteotypic ペプチドが、ビーズから溶出し、測定による液体クロマトグラフィー-MS (LC-MS)、または直接注入 ESI 複数反応モニタリング MS (ESI MRM MS)11,12。免疫強化は、ng/mL の低範囲13に達する 3-4 桁 MRM アッセイ感度を向上します。
エレクトロ スプレー MS と比較して、MALDI MS の高速、かつを含まない洗浄と LC カラムの再平衡持ち越しと汚染の問題がないのでより高スループット研究14に適しています。ペプチッドおよび蛋白質 (proteotypic ペプチドの定量に基づく) の特異的かつ高感度定量 MALDI MS と免疫強化を結合する当研究室で開発した免疫 MALDI 技術15,16 ,17。免疫濃縮後 MALDI ターゲット プレートにビーズを堆積、マトリックス ソリューション ビーズに追加されます、乾燥後プレートは MALDI TOF MS による分析の準備ができて。ビーズからペプチドの溶出は別のステップとして実行されませんが、アフィニティ バインド analytes は MALDI のマトリックス ソリューションによって溶離されるビード スポット、サンプル準備を簡素化し、サンプルの損失を最小限に抑えることに追加するとき。IMALDI 技術適用されているさまざまなアプリケーション18,19で、最近自動化されアンジオテンシンを測定するために使用私 (Ang 私) 血漿レニン活性 (PRA)20を決定します。このプロトコルは、自動 iMALDI 分析を実行するための手順を説明します。例については、10% 未満の間日 CVs としてプラ アッセイを取って日20あたり 744 のサンプルを測定する機能を備えた、自動化によって達成されています。
本稿で示した iMALDI プラ アッセイはターゲット分子としてのタンパク質消化を必要としない (アン私) 1295.7 Da の分子量のペプチドです。C とそれを簡単に区別できるように 800 Da 以上の質量を持つ、ターゲット蛋白質に固有にする必要があります iMALDI の選択したペプチドその他試金蛋白質消化が必要あり、ペプチドはそのまま蛋白質の代理として使用される、MALDI のマトリックス ソリューションから 2・3 のノイズ。抗ペプチド抗体、ペプチドの免疫強化に必要です。PRA を測定 iMALDI 試金のためのプロトコルは 4 つのステップで構成されています: 1) アンの世代人間プラズマで2) 免疫-豊かなアンの私は抗体をコートしたビーズ; を使用して3) ビーズの MALDI ターゲット プレートと追加するマトリックス ソリューションへの転送・ 4) 信号集録 MALDI TOF MS とデータ解析20。
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Protocol
下記試薬の量は 20 の患者血漿検体の測定に基づいています。プロトコルはビクトリア大学のガイドライン以下提示 ' s 人間研究倫理委員会.
1 アン世代ひと血漿中私
- 血漿検体を解凍 (≥ 200 μ l) の部屋で温度水は 5 分のお風呂と、完全に解凍するまで氷の上にサンプルを置く。 。
- 1.1 mL ディープウェル プレート (サンプル プレート) の井戸を分離し、遠心分離機の 2 ° C および 1278 x g で 10 分間遠心でプレートに手動で各血漿サンプルの転送 200 μ l
- リキッドハンド リング システムを使用して、連続希薄と鶏卵白アルブミン 6 校正ソリューションを準備する 500 fmol/μ L Ang I NAT の標準溶液 (0.1、0.2、0.6、1.9 5.7, 17.2 fmol/μ L). サンプル プレートに
- 世代のも、125 μ L を各キャリブレータのピペット 200 μ L バッファーします
。 注: CEWA のリン酸バッファー生理食塩水 (PBS) バッファーは実験の日に新たに作成される必要があります 。
- リキッドハンド リング システムを使用して、新しいプレートのミックス プラズマの培養上清中の 125 μ L または 125 μ L の PBS の CEWA のアンの 25 μ L で私世代バッファー 1 M トリス、0.2 mM エチレンジアミン四酢酸 (EDTA)、1 mM を含む特異フッ化物 (PMSF).
注: 準備、Ang 私 1 M トリス/0.2 mM EDTA 水系バッファーをミキシングによって生成バッファー (pH 5.5 に調整酢酸を使用して) そして PMSF ソリューション (メタノール 100 mM)。両方のソリューションで、実験の日に 4 ° c. のミックス 2 つのソリューションで 1 ヶ月格納できます 。
- は、96 ウェル プレート、1 ソリューションにつき 3 複製、34 μ L/ウェルにソリューションを自動的に転送します。3 h の 37 ° C でプレートを孵化させなさい
2。アンの免疫強化私を使用して抗体をコートしたビーズ
- 蛋白質 G 磁気ビーズに抗体の共役
注: ビーズを抗体の共役が 3 h アンの中に手動で実行される私の発生期、実験の日。その他の検体の共役ビーズ プロパティおよび抗体の安定性に応じて 3 ヵ月以上、4 ° C で 0.015% チャップス (きて) を含む PBS バッファーに格納することができるかもしれない。- (20 のサンプルを測定し、6 点の標準曲線を作る十分な) ビーズ スラリーの転送 110 μ L 1.5 mL チューブに。ビーズ 7 回 1 mL 25% アセトニ トリル/きてときて 1 mL で 3 回洗います。各洗浄工程間ビーズをペレットにマグネット スタンドを使用します。最後のワシントン州後に洗浄バッファーを削除
注意: 洗浄 7 回 25% アセトニ トリル/きてはビーズ スラリー、Tween 20 MS 互換性のない添加物を除去するため重要です。選択したビーズではこのような添加剤は、この広範な洗浄工程必要がありますできません 。
- きて、110 μ のビードを再停止しなさい、反中央の 110 μ L を追加私抗体 (最終的な抗体濃度: 100 μ g/mL)。ミックス ビーズとソリューションをピペッティングと、それらを 8 rpm で回転、1 時間室温でインキュベートします 。
- 3 回きて、1 mL でビーズを洗ってきて 1100 μ で再懸濁します
。 注: 場合はビード ソリューションは、インキュベーション中にチューブのキャップに流れ込んできた、スピンダウン 2680 x g にベンチトップ遠心分離機を使用して、ソリューション - は、96 ウェル プレート (ビーズ標準プレート) にビーズ ソリューションを手動で転送します。リキッドハンド リングの因数にシステム 120 μ L/ウェル同じ 96 ウェル プレートにビーズを使用して、
- (20 のサンプルを測定し、6 点の標準曲線を作る十分な) ビーズ スラリーの転送 110 μ L 1.5 mL チューブに。ビーズ 7 回 1 mL 25% アセトニ トリル/きてときて 1 mL で 3 回洗います。各洗浄工程間ビーズをペレットにマグネット スタンドを使用します。最後のワシントン州後に洗浄バッファーを削除
- ビーズの免疫強化
- 後 3 h アン発生期培養プレートに。アン I. の生成を終了する 10 分の氷
- は自動的に SIS ペプチド原液 (10 pmol/μ L) を 100 倍希釈 PBS で、バッファーに格納し、自動的に更に因数 96 ウェル PCR プレートに安定した isoptope 標準的なペプチド希釈。培養プレートの各ウェルに 1.5 μ L (100 fmol 含む) 安定同位体標準 (SIS) ペプチド溶液を転送し、血漿検体または PBS バッファーで CEWA ミックスします 。
- ビーズのソリューションは、ウェルあたり 10 mL に培養プレートの内容を転送、ミックスを自動的にします 。
- 1 h 4 ° C でプレートを 8 回転で回転させながらインキュベートします 。
- ビーズにて 3 回洗浄自動的に 5 mM 重炭酸アンモニウム (アンビック) ソリューションでは、100 μ L/ウェル洗浄あたり。最後の洗浄後 5 mM 各ウェルに碧のソリューションの 7 μ L でビーズを再懸濁します。最後のワシントン州の後下部にビーズをプルする磁石を使用
3。MALDI ターゲット プレートと追加するマトリックス ソリューションにビーズの転送
- μ m。ビーズが乾くみましょう
。 注: 小型 USB 電源ファンはビーズ乾燥過程を加速するため使用できます
4。MALDI TOF MS とデータ解析による買収を信号
正反射モードを使用して MALDI-TOF 楽器- 分析サンプル スポット。内部校正、データの平滑化、およびベンダー固有のソフトウェアで自動的に基線の減算を実行します
。 注: (正/負、線形/リフレクター) 選択したモード MALDI-TOF 測定対象のペプチッドまたは蛋白質によって異なります 。
- 相対応答比 (Nat/SIS 強度比) を計算して、アンの私を決定する標準的なカーブに各サンプルの濃度を比較すること。計算式 (1) を使用して、プラ Δt アン私世代 Ang i. の生成に使用される時刻を表す
プラ = [アン私]/Δt アン私世代 (1)
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Representative Results
アンを測定するための自動 iMALDI 手順は図 1にされます。ターゲット ペプチド (内因性ペプチドまたは消化タンパク質由来のペプチド)、抗ペプチド磁気ビーズの濃縮し、MALDI 測定用ターゲット プレートにビーズを転送するし。追加ペプチド溶出のステップを必要とする他の免疫 MS 技術と比較して、全体の手順を簡略化します。IMALDI アッセイの自動化は、間日係数の変化 (CV) 10 20%以下のサンプルの多数の高いスループット分析のためことができます。アンを測定することによって得られる代表的なスペクトルひと血漿サンプルでは図 2のとおりです。SIS ペプチド ペプチド定量用内部標準物質として機能します。臨床 LC ・ MS/MS 手順17を使用して取得された PRA 値で自動 iMALDI 試金で得られた 188 患者サンプルから PRA 値の相関は図 3に示します。2 つの方法がある相関係数 0.98;内部規格の異なる 2 つの方法で使用すること iMALDI 手順20の異なった抗体の使用によって、斜面の違いが考えられます。アッセイと分析精度の線形範囲は図 4および図 5に示します。
図 1:自動 iMALDI プラ アッセイのプロセス フロー概略図。参照20許可を得てから適応。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2:NAT と SIS アンの代表スペクトル私ひと血漿サンプルからペプチド測定します。
図 3:プラ相関値 188 患者サンプルから iMALDI、クロマトグラフィー-タンデム質量を測定した。参照20許可を得てから適応。
図 4:IMALDI プラの線形範囲の反射器 (A) と (B) 線形モードの両方で試金します。参照20、.の許可を得てから適応この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 5:日中精度 (A) と iMALDI の interday 精度 (B) 低、中、および高の PRA 値プラズマ プールにプラの試金します。参照20許可を得てから適応。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
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Discussion
従来の MS を用いたタンパク質定量と比較して、iMALDI は、分析検体を豊かにし、したがって、それはタンパク質またはペプチド低濃度を定量化することが可能、複雑なサンプルからそれらを浄化する抗体を使用します。IMALDI プロトコルの重要なステップは、ターゲット ペプチドの免疫強化です。このため、高い特異性と親和性の抗体を選択してください。SISCAPA、内 10-9 M 以上で抗体の親和性が低い ng/mL21で高感度を達成するために必要になることが報告されています。さらに、高い抗体結合能とビーズは最適な濃縮に適しています。
また、比較的「クリーン」最小限のバック グラウンド レベルと標的分子スペクトルを生成することが重要です。高い信号対雑音比は、豊富なビーズ免疫濃縮のステップの後の洗浄で実現できます。また、我々 はその後追加しマトリックス ソリューションを乾燥することができますノイズ信号を大幅に削減し、信号対雑音比を向上させるターゲット板にビード スポットを洗浄を発見しました。
本作で披露 iMALDI プラ試金蛋白質分解手順は必要ありませんターゲット分子アンとして私はペプチド。サンプル中のタンパク質分子を定量化するには、エピトープを含むペプチドは、消化は、キャプチャされたタンパク質22,23でも実行できますが、蛋白質は通常免疫濃縮前にペプチドに消化されます。この場合、既存の蛋白質の消化力のプロトコルは、iMALDI のワークフローに簡単に挿入できます。 消化バッファーによって抗体ペプチド結合との干渉を避けるために、ビーズにペプチドのキャプチャ前に脱塩ステップを必要可能性があります。
その他免疫 MS メソッドと同様に、抗ペプチド抗体の生産は iMALDI の試金の開発の主要な課題です。最近、バインダー24あたり複数のペプチドを対象とする親和性バインダーを生成するトリプル X プロテオミクス技術を開発されています。これは抗ペプチド抗体のコストを減らすことができる、単一の孵化を使用して同時多重アッセイの開発を容易にするでしょう。また、抗体フラグメントの25または合成アプタマー26そのまま抗体の使用に代わる方法ができるし、簡単な生産の利点を持っているでしょう。合成アプタマーは、そのまま抗体親和性濃縮26を使用する場合よりも低いのバック グラウンド レベルを示すと報告されています。
iMALDI 技術は、MALDI 質量分析法は、高い感度と特異性を持つ複雑なサンプルの数が多いに急速に、高スループットのタンパク質/ペプチド分析を有効にするとイムノアッセイの利点を兼ね備えています。その他免疫 MS メソッドとは異なり免疫キャプチャ、ペプチドがチューブに溶出しないターゲットが運ぶ検体は, 質量分析の MALDI ターゲット プレートに転送されますビーズ後回避プラスチックへの吸着によるペプチドの損失チューブ。ウェスタンブロッティングや ELISA などの広く使用されているプロテオーム ツールと比較して、iMALDI、アッセイ開発時間とコストを大幅に削減でのみ 1 つの抗体が必要です。プラのアッセイで得た検出下限値は従来の ELISA と生理学的範囲内に匹敵します。抗体と質量電荷比は、アッセイの高い特異性を保証する二重選択プロセスを提供します。IMALDI のアプリケーションはプラの試金に限定されていないが、任意のタンパク質発現の定量及び複雑な試料中のタンパク質の修飾も定量化の適用することができます。特に、自動化されたハイスループット iMALDI 強力な臨床ツール発見とベンチトップ MALDI 細菌のための診療所で現在使用の存在のための病気の様々 な蛋白質バイオ マーカーの検証ができます。身分証明書。
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Disclosures
C.H.B は、iMALDI 技術の特許を保持しています。
Acknowledgments
ゲノム技術革新ネットワーク (ジン) をゲノム カナダ、操作 (204PRO) および技術開発 (214PRO) のゲノム ブリティッシュ コロンビア州からの資金援助に感謝いたします。撮影用飛行時間測定器の使用のマギル大学健康センター研究所薬剤発見プラットフォームをありがちましょう。H.L. 国立科学工学研究協議会のカナダ (レベル) からポスドク研究員プログラムからサポートに感謝です。C.H.B は最先端基金基金 (葉っぱ) からのサポートに感謝しています。えざるはマギル大学 (モントリオール, ケベック州, カナダ) 分子腫瘍学のシーガル マギル椅子からのサポートに感謝します。M.X.C. とえざるがユダヤ人の総合病院 (モントリオール, ケベック州, カナダ) にウォーレン Y. ソーパー慈善信託とアルヴィン シーガル家族財団から支援に感謝。
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Healthy control human plasma | Bioreclamation | HMPLEDTA2 | |
Ammonium bicarbonate | Sigma Aldrich | 09830 | |
Ammonium citrate dibasic | Sigma Aldrich | 09833 | |
CHAPS (>=98%) | Sigma Aldrich | C9426 | |
Albumin from chicken egg white (>98%) | Sigma Aldrich | A5503 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma Aldrich | EDS | |
Alpha-cyano-4-hydroxycinnamic acid | Sigma Aldrich | 70990 | |
Phosphate buffered saline | Sigma Aldrich | P4417 | |
Phenylmethanesulfonyl fluoride | Sigma Aldrich | 78830 | |
Trifluoroacetic acid | Thermo Fisher Scientific | 85172 | LC-MS grade |
acetonitrile | Fluka | 34967 | LC-MS grade |
water | Fluka | 39253 | LC-MS grade |
acetic acid | Fluka | 320099 | LC-MS grade |
Tris(hydroxymethyl)aminomethane | Roche Diagnostics | 3118169001 | |
Dynabeads Protein G magnetic beads | Thermo Fisher Scientific | 10003D | 2.8 μm, 30 mg/mL |
anti-Ang I goat polyclonal antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-7419 | |
Nat and SIS Ang I | synthesized at the University of Victoria-Genome BC Proteomics Centre | ||
Automated liquid handling system | Agilent | 16050-102 | Agilent Bravo robotic workstation |
Magnet | Thermo Fisher Scientific | 12321D | Invitrogen DynaMag-2 magnet |
Tube rotator | Theromo Scientific | 400110Q | Labquake Tube Rotator |
Magnet | Thermo Fisher Scientific | 12027 | DynaMag-96 side skirted magnet |
Magnet | VP Scientific | 771RM-1 | used to pull the beads to the bottom of the well |
MALDI-TOF | Bruker | Bruker Microflex LRF instrument |
References
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