Ten protokół opisuje rozwój i walidację nowatorskiego i dostosowanego do potrzeb testu mikromacierzy białkowej do wykrywania i półkwantyfikacji szczepu bakteryjnego i odpowiedzi przeciwciał specyficznych dla izotypu na antygeny C. difficile. Z powodzeniem wykorzystujemy nasz test mikromacierzy specyficzny dla C. difficile jako obiecujące nowe narzędzie do bioanalizy składu swoistej zawartości przeciwciał w pacjentach ssurowica1,2, preparatów IVIg3 oraz identyfikacji swoistości przeciwciał, które korelują ze słabymi wynikami w CDI4. Pokazujemy, w jaki sposób próbki surowicy z biobanków i komercyjne preparaty IVIg mogą być analizowane na szkiełkach mikromacierzowych, co pozwala na wysokiej jakości powtarzalne profilowanie odpowiedzi przeciwciał specyficznych dla patogenu C. difficile w tym teście.
Wiele zdrowych dzieci i dorosłych ma wykrywalne przeciwciała IgG i IgA w surowicy przeciwko toksynom C. difficile A i B5,6. Uważa się, że powstają one w wyniku przejściowego narażenia w okresie niemowlęcym i po narażeniu na C. difficile w wieku dorosłym. Z tego powodu poliklonalny IVIg był stosowany poza wskazaniami do leczenia zarówno nawracających, jak i piorunujących CDI7,8,9. Jednak jego ostateczna rola i sposób działania pozostają niejasne. Kilka badań wykazało, że humoralna odpowiedź immunologiczna na toksyny C. difficile odgrywa rolę w prezentacji i wyniku choroby. W szczególności pacjenci bezobjawowi wykazują zwiększone stężenie IgG antytoksyny A w surowicy w porównaniu z pacjentami, u których rozwija się objawowa choroba10. Stwierdzono wyraźny związek między medianą miana przeciwciał IgG antytoksyny A a a 30-dniową śmiertelnością z jakiejkolwiek przyczyny11. Kilka raportów ujawniło również związek z ochroną przed nawrotami i reakcjami przeciwciał na toksynę A, B i kilka antygenów niebędących toksynami (Cwp66, Cwp84, FliC, FliD i białka warstwy powierzchniowej (SLPs))12,13,14,15. Obserwacje te stały się bodźcem do opracowania pierwszego biernego leku immunoterapeutycznego ukierunkowanego na toksynę B C. difficile (bezlotuxumab), który został niedawno zatwierdzony przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków oraz Europejską Agencję Leków w celu zapobiegania nawrotom CDI16. Obecnie opracowywane są również strategie szczepień z wykorzystaniem inaktywowanych toksyn lub rekombinowanych fragmentów toksyn17,18,19. Te nowe podejścia terapeutyczne bez wątpienia pobudzą potrzebę oceny humoralnej odpowiedzi immunologicznej na wiele antygenów w dużych rozmiarach próbek.
Dzisiaj zauważalny jest brak dostępnych na rynku wysokoprzepustowych testów, które mogłyby jednocześnie oceniać odpowiedzi szczepu bakteryjnego i przeciwciał specyficznych dla izotypu na antygeny C. difficile. Istnieje niezaspokojona potrzeba opracowania takich testów, aby ułatwić przyszłe wysiłki badawcze i zastosowania kliniczne. Mikromacierze białkowe to metoda immobilizacji dużej liczby indywidualnie oczyszczonych białek jako przestrzennie zorganizowanego układu plamek na mikroskopijnej powierzchni opartej na szkiełku za pomocą systemu robotycznego, który może być albo contact20, albo bezkontaktowym narzędziem do drukowania21. Plamki mogą reprezentować złożone mieszaniny, takie jak lizaty komórkowe, przeciwciała, homogenaty tkankowe, endogenne lub rekombinowane białka lub peptydy, płyny ustrojowe lub leki22,23.
Technologia mikromacierzy białkowych oferuje wyraźne przewagi nad standardowymi technikami ELISA, które tradycyjnie były używane do oceny odpowiedzi przeciwciał anty-C. difficile. Obejmują one zwiększoną zdolność do wykrywania szeregu przeciwciał specyficznych dla wielu izotypów przeciwko bardziej obszernemu panelowi celów białkowych, zmniejszone wymagania dotyczące objętości antygenów, próbek i odczynników oraz zwiększoną zdolność do włączania większej liczby kontrprób technicznych, oprócz wielu środków wewnętrznej kontroli jakości (QC)1. Mikromacierze są zatem bardziej czułe, dokładne i powtarzalne oraz mają większy zakres dynamiki. Czynniki te sprawiają, że mikromacierze są tańszą i potencjalnie korzystną alternatywą dla testów ELISA do wykrywania znanych białek na dużą skalę. Wady technologii mikromacierzy wynikają jednak głównie z dużych kosztów początkowych związanych z ustanowieniem panelu wysoce oczyszczonych antygenów i stworzeniem platformy technologicznej.
Mikromacierze białkowe były szeroko stosowane w ciągu ostatnich dwóch dekad jako narzędzie diagnostyczne i podstawowe narzędzie badawcze w zastosowaniach klinicznych. Konkretne zastosowania obejmują profilowanie ekspresji białek, badanie relacji enzym-substrat, badania przesiewowe biomarkerów, analizę interakcji gospodarz-mikroorganizm oraz profilowanie swoistości przeciwciał23,24,25,26,27,28. Stworzono wiele nowych mikromacierzy białek/antygenów patogenów, w tym malaria (Plasmodium)29, HIV-130, influenza31, zespół ciężkiej ostrej niewydolności oddechowej (SARS)32, wirusowa gorączka krwotoczna33, herpesviruses34, oraz gruźlica35.
Obecny protokół odnosi się do ustanowienia łatwego w obsłudze testu mikromacierzy reaktywnego antygenu C. difficile, który umożliwia dokładne, precyzyjne i specyficzne oznaczanie ilościowe odpowiedzi przeciwciał wieloizotypowych i szczepowych na antygeny C. difficile w surowicach i poliklonalnych IVIg. W niniejszym dokumencie zamieszczamy reprezentatywne wyniki dotyczące akceptowalnej wydajności testu mikromacierzy w porównaniu z testem ELISA, a także profile precyzji i odtwarzalności testu. Test ten może być dalej rozwijany w celu profilowania innych próbek klinicznych i ustanawia nowy standard badań nad molekularnymi podstawami CDI.