이 프로토콜은 미세모세관을 통해 수집된 인간 눈물액에서 17β-에스트라디올과 테스토스테론을 검출하고 정량하는 최적화된 효소 결합 면역흡착 분석법(ELISA) 방법을 설명합니다. 이 방법은 눈물 호르몬 수치를 최소 침습적으로 측정할 수 있게 합니다.
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이 프로토콜은 미세모세관을 통해 수집된 인간 눈물액에서 17β-에스트라디올과 테스토스테론을 검출하고 정량하는 최적화된 효소 결합 면역흡착 분석법(ELISA) 방법을 설명합니다. 이 방법은 눈물 호르몬 수치를 최소 침습적으로 측정할 수 있게 합니다.
눈물막은 복합적이고 다층적인 액체로, 안구 표면 건강, 시각 선명성, 병원체 및 환경 스트레스 요인으로부터 보호하는 데 필수적입니다. 주로 지질, 수용성 액체, 수용성 단백질, 뮤신으로 구성되어 있으며, 눈을 윤활하고 보호하는 역할뿐만 아니라 안구 건조증(DED)과 같은 안구 표면 질환의 진단에 중요한 매개체로도 활용됩니다. 안드로겐과 에스트로겐을 포함한 성호르몬은 눈물막 구성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으나, 눈물액 내 호르몬 측정은 적은 샘플 양과 기술적 어려움으로 인해 제한적입니다. 이 프로토콜은 미세모세관을 이용해 채취한 기저 파열에서 17β-에스트라디올과 테스토스테론을 검출하고 정량하기 위해 시판 중인 효소 결합 면역흡착법(ELISA) 키트를 단계별로 적응시키는 방법을 설명합니다. 이 워크플로우는 최적화된 샘플 수집, 희석, 분석 준비 전략을 포함하여 저부피 눈물 샘플 분석을 가능하게 합니다. 이 프로토콜은 적응된 ELISA 방법을 사용하여 눈물액에서 호르몬 검출의 실현 가능성과 재현성을 입증합니다. 대표성 결과는 통합된 파일럿 샘플에서 도출되며, 생물학적 차이보다는 분석의 성능을 보여주기 위한 것입니다. 이 접근법은 눈물 표면 연구에서 호르몬 측정 매트릭스로서 눈물액을 조사하는 향후 연구를 지원할 수 있습니다.
눈물막은 안구 표면을 보호하고 영양 공급하며 윤활하는 데 중요한 역할을 합니다. 두께는 약 2–5.5 μm, 부피는 3–10 μL이며, 건강한 눈 2,3에서 분당 1–2 μL의 회전 속도를 가집니다. 눈물샘은 눈물, 전해질, 단백질, 항균 인자가 풍부한 수성 성분을 분비하며, 마이보미안선은 눈물막의 증발을 늦추는 지질을 생성하고, 결막 안술 세포는 안구 표면의 윤활을 지원하는 점액을 분비합니다. 눈물 생성은 두 가지 주요 방식으로 일어납니다: 1) 건강한 안구 표면에 안정적인 눈물막을 유지하는 기저 분비, 2) 자극, 감정, 밝은 빛과 같은 자극에 의해 촉발되는 반사 분비. 생화학적 조성은 두 곳에서 다르며, 이는 궁극적으로 분석을 위한 눈물 수집 방법에 영향을 줄 수 있습니다 5,6. 기저 눈물은 일반적으로 눈물막 안정성과 각막 건강을 지원하는 단백질과 지질이 더 높은 농도를 포함하는 반면, 반사 눈물은 수성 부피가 더 많고 자극물을 씻어내고 안구 표면을 보호하기 위해 더 희석되어 있는 경향이 있습니다 7,8,9.
눈물은 염증을 조절하고 병원체를 방어하며 무혈 각막에 영양분을 공급하는 역할을 하기 때문에10번 바이오마커 연구의 중심점이 되었습니다. 눈물은 특히 질병 부위 인근에서 발생하는 생리학적 변화를 모니터링하기 위해 혈액 샘플링에 비해 최소 침습적이고 비교적 비용 효율적인 대안을 제공합니다. 이 데이터를 정확하게 수집하려면 적절한 수집이 필수적입니다.10. 유리 미세모세혈관은 자극이 최소화되고 눈물 희석을 최소화하며 채취할 수 있어 기저 파열물 샘플링에 널리 사용됩니다. 이 방법은 관을 구막과 눈꺼풀 가장자리에 닿지 않도록 조심스럽게 위치시키며, 반사 찢어짐을 자극하여 찢어진 조성을 변화시킬 위험을 최소화합니다. 이 방법을 사용하면 연구자들은 안구 표면의 생리학적 상태를 반영하는 희석되지 않은 기저 파열을 얻을 수 있습니다. 이로 인해 샘플은 성호르몬과 같은 민감한 분석물을 정량하는 신뢰할 만한 매개체로 남게됩니다. 그러나 얻어진 제한된 양은 하류 생화학 분석에 있어 분석적 도전을 제기합니다. 미세모세관을 이용한 기저 파열 수집은 일반적으로 샘플당 몇 마이크로리터만 생성되어 표준 분석법과의 호환성을 제한합니다.
인간의 안구 표면은 성호르몬의 표적 조직으로 점점 더 인식되고 있습니다13,14. 이를 뒷받침하는 증거로는 누수선과 마이봄샘의 원세포, 그리고 각막, 결막, 결막 잔 세포의 상피세포에서 안드로겐 수용체(AR), 에스트로겐 수용체(ER), 프로게스테론 수용체(PR)의 mRNA 전사체가 검출된 것이 포함됩니다. 더불어, 이 조직들에서 스테로이도인성 효소를 암호화하는 mRNA가 확인되어 스테로이드 전구체를 국소적으로 생물학적으로 활성화된 성호르몬으로 전환할 수 있음을 시사한다16. 이는 안구 표면에서 현장 호르몬 합성이 가능함을 시사하며, 이 호르몬들이 눈물막에 감지 가능한 수준으로 분비되는지에 대한 중요한 의문을 제기합니다.
현재 증거는 성호르몬이 안구 표면 항상성 유지에 필수적임을 시사하지만, 정확한 분자 메커니즘은 아직 조사 중이다13,14. 테스토스테론과 같은 안드로겐은 지질 분비를 자극하고 염증을 억제하는 것으로 보이며; 따라서 안드로겐 결핍은 증발성 안구 건조증의 원인으로 널리 인식되고 있습니다. 반면, 에스트로겐의 역할은 더 미묘하고 상황에 따라 다릅니다 13,14,18. 눈물 구성과 혈액량 조절에 관여하지만, 폐경, 임신, 경구 피임약 사용 중 발생하는 에스트로겐 변동은 종종 수용성 분비 저하, 눈물막 안정성 저하, 안구 표면 염증과 관련이 있습니다19,20. 따라서 이러한 호르몬 불균형을 경험하는 사람들은 안구건조증(DED)13,14,20 발병 위험이 높은 집단에 속합니다.
이러한 증거에도 불구하고, DED 환자의 호르몬 상태를 모니터링하는 것은 여전히 도전 과제로 남아 있습니다. 구체적으로, 전신 혈청 호르몬 수치가 눈 내 국소 호르몬 수치를 정확히 반영하는지는 아직 확립되지 않았습니다21. 이 구분은 매우 중요한데, 안구 표면 조직이 성호르몬 수용체와 스테로이도생 효소 발현을 가지고 있어 국소적으로 성스테로이드의 합성과 대사를 지원하는 것으로 밝혀졌기 때문입니다16. 이 크라인 내 용량은 눈물막 내 국소 호르몬 농도가 순환 혈청 농도와 유의미하게 다를 수 있음을 시사합니다13. 따라서 눈물액 내 호르몬 농도를 직접 측정하는 것이 안구 표면에 미치는 국소 호르몬 효과를 더 잘 이해하기 위해 필요합니다. 그러나 분석 가능한 눈물 샘플 양이 적어 기술적으로 어려운 방법입니다. 액체 크로마토그래피-질량분석법(LC-MS)과 같은 고급 분석 기법이 혈액과 눈물액 내 호르몬을 고민도로 정량화하는 데 사용되었으나, 이 방법은 모든 연구자가 쉽게 접근할 수 있는 것은 아닌 전문 기기와 기술 전문성을 필요로 합니다 21,22.
효소 결합 면역흡착 분석법(ELISA)은 단백질, 항체, 호르몬을 검출하고 정량하는 데 널리 알려진 기술입니다. 성스테로이드와 같은 소분자 분석의 경우, 이 프로토콜은 경쟁적 결합 형식을 사용합니다. 이 방법에서는 눈물 샘플에 포함된 표지되지 않은 호르몬이 효소 표지된 호르몬 유사체와 제한된 수의 항체 결합 부위를 두고 경쟁합니다. 이러한 경쟁으로 인해, 광학 밀도로 측정되는 신호 세기는 샘플 내 호르몬 농도와 반비례합니다; 사실상 신호가 낮을수록 목표 호르몬 농도가 높다는 의미입니다 23,24.
ELISA는 목표 정량화에 여러 실용적인 이점을 제공합니다. 비용 효율적이고 기술적으로도 접근성이 뛰어나, 전문 장비 없이도 표준 실험실 환경에서 구현할 수 있습니다. 더불어, ELISA는 최소한의 시료 준비로 96웰 플레이트 형식의 고처리량 스크리닝을 가능하게 하며, 시간 효율성과 높은 재현성을 모두 제공합니다. 하지만 시판 중인 ELISA 키트는 일반적으로 혈청이나 혈장과 같은 대용량 생물학적 샘플에 최적화되어 있으며, 저부피 눈물 샘플에서의 성능은 명확하지 않습니다. 이 한계를 해결하기 위해 프로토콜은 최적화된 샘플 희석 및 취급 전략을 포함하여 분석의 민감도 범위 내에서 호르몬을 검출할 수 있게 합니다.
본 연구에서는 유리 미세모세관 튜브를 이용해 채취한 저용량 인간 눈물 샘플에서 17β-에스트라디올과 테스토스테론을 검출 및 정량하기 위해 시판 ELISA 키트를 적용한 시각화 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜은 제한된 눈물 부피에서 재현 가능한 호르몬 측정을 가능하게 하기 위해 샘플 수집, 취급 및 분석 준비에 실용적인 수정을 강조합니다. 이 연구는 기존 ELISA 방법론을 유체 분석에 적용할 수 있는 실현 가능한 워크플로우를 확립하는 데 중점을 둡니다. 이 접근법은 향후 안구 표면의 국소 호르몬 수치를 조사하는 연구의 기초가 될 수 있습니다.
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이 연구는 인디애나 대학교 기관심의위원회(IRB#1908362633)의 승인을 받았으며, 샘플 수집 전에 모든 참가자로부터 서면 동의를 받았습니다.
1. 눈물막 컬렉션
2. 테스토스테론 분석법
3. 에스트라디올 분석
4. R과 RStudio를 이용한 데이터 분석
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파일럿 눈물막 연구
총 20명의 여성(45세에서 63세)이 이 연구에 포함되었습니다. DED 분류는 증상과 최소 한 가지 이상의 임상 징후를 기준으로 하였습니다. 구체적으로, 모든 DED 참가자는 안표면질환지수(OSDI) 점수가 12> 있었고, 최소 한 쪽 눈은 형광 눈물 분해 시간(TBUT)이 < 5초, 각막 형광 염색 점수(CFSS)가 > 3(NEI 척도25)을 보였습니다. 비DED 분류 참가자는 OSDI 점수< 12, 양쪽 눈 모두 TBAT > 5, 양쪽 눈 모두 CFSS≤ 3을 보였습니다. 제외 기준에는 현재 콘택트렌즈 착용자, 30일 이내 안과 약물 사용, 안구 감염, 결막 흉터, 임신 또는 자진 신고로 간호하는 경우가 포함되었습니다. 각 참가자의 양쪽 눈에서 유리 미세모세관 튜브를 사용해 기저 눈물 샘플을 채취하여 참가자 수준에 모아 전...
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눈물 수집과 분석을 통해 안구 표면 건강 평가와 잠재적 바이오마커 식별이 용이하게 이루어집니다10,22. 우리 프로토콜은 일반적으로 사용되는 ELISA 방법을 성공적으로 적응시켜 성호르몬을 위해 눈물막 샘플을 분석하는 과정을 설명합니다. 우리는 눈물 분석의 주요 한계인 상대적으로 적은 양의 눈물 분석을 해결하기 위해 이 방법을 개발했습니다. 이러한 미세한 부피 제약을 수용하도록 워크플로우를 최적화함으로써, 정확한 호르몬 정량화에 필요한 감도를 해치지 않으면서 신뢰할 수 있는 탐지를 보장합니다.
이 프로토콜에서는 알리코트당 최소 20 μL의 검출이 필요하며, 신뢰성을 위해 두 번 샘플을 검사할 경우 참가자당 최소 40 μL이 필요합니다. 이 과정은 여러 차례 수집이 필요한데, 일반적으로 미세모세관을 이용해 한 번의 세...
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NP: 공개는 없습니다.
AAT: 알콘(연구 자금), 애비(컨설팅), 루메니스(연설), 타르수스(연설). 여기서 제시된 작업과 이해 충돌은 없습니다.
이 연구는 NIH K23 EY027845와 IU 교수 연구 지원 프로그램 시드 펀딩(Seed Funding Funding)의 일부 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
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| 17 beta Estradiol ELISA Kit | Abcam | ab108667 | |
| 알루미늄 호일 | Reynolds Wrap | 10900000154 | 조리용 알루미늄 호일 중 어떤 것이든 광원으로부터 시약을 보호하기 위해 사용 |
| 마이크로 모세관 튜브 3.33 µL | Drummond | 1-000-0033 | 유체 이동을 위한 압축 불브 포함 |
| 마이크로 모세관 튜브 5 µL | Drummond | 1-000-0050 | 유체 이동을 위한 압축 불브 포함 |
| 마이크로 원심분리기 장치 | Benchmark Scientific | C1012 | |
| 마이크로 원심분리기 튜브 1.5 mL | Fisher | 05-408-129 | |
| 마이크로 플레이트 판독기 | Promega | GM3000 | |
| 궤도 마이크로 플레이트 셰이커 | Labnet International Inc. | S2030-1000-B | |
| R 컴퓨터 언어 | Posit Software, PBC (formerly RStudio Inc.) | R 버전 4.5.1 | https://cran.r-project.org/ 를 통해 Rstudio 전에 R 언어 다운로드 |
| RStudio 소프트웨어 | Posit Software, PBC (formerly RStudio Inc.) | RStudio 2023.06.1 Build 524 "Mountain Hydrangea" | https://posit.co/downloads/ |
| R 패키지 "drc", "ggplot2", "patchwork", "ggpp", "dplyr", "readr", "tidyr", "writexl" | Posit Software, PBC (formerly RStudio Inc.) | Rstudio에서 패키지 설치 | |
| 테스토스테론 컨트롤 키트 | R&D Parameter | QC165 | ELISA 키트(KGE010)와 별도로 판매 |
| 테스토스테론 ELISA 키트 | R&D Parameter | KGE010 |