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JoVE Journal Neuroscience
Use of Capillary Electrophoresis Immunoassay to Search for Potential Biomarkers of Amyotrophic Lateral Sclerosis in Human Platelets

Uso de Imunoensaios de Eletroforese Capilar para Procurar Potenciais Biomarcadores de Esclerose Lateral Amiotrófica em Plaquetas Humanas

Full Text
7,777 Views
11:03 min
February 10, 2020

DOI: 10.3791/60638-v

Jessica M. Sage1, LaSharice Hall2, April McVey3, Richard J. Barohn3, Jeffrey M. Statland3, Omar Jawdat3, Mazen M. Dimachkie3, Abdulbaki Agbas1

1Department of Basic Sciences,Kansas City University of Medicine and Biosciences, 2Rice University School of Medicine, 3University of Kansas Medical Center

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study focuses on the development of blood-based biomarkers for neurodegenerative diseases, specifically using a high-throughput capillary electrophoresis immunoassay. The goal is to create a less invasive, affordable, and reproducible method for clinical studies, with implications for monitoring disease progression and treatment effects in conditions like ALS.

Key Study Components

Area of Science

  • Neurodegenerative diseases
  • Biomarker development
  • Clinical trial methodologies

Background

  • Blood-based biomarkers can significantly enhance neurodegenerative disease research.
  • Current testing methods often require large sample sizes and are invasive.
  • High-throughput methods can improve efficiency in clinical studies.
  • This protocol aims to streamline the process of biomarker development.

Purpose of Study

  • To establish a reliable protocol for assessing biomarkers in blood samples.
  • To minimize the time and resources needed for lab analysis.
  • To facilitate the identification of disease-specific proteins.

Methods Used

  • The study utilized a high-throughput capillary electrophoresis immunoassay.
  • Human platelet lysates from ALS patients and healthy subjects served as the primary biological model.
  • Key steps included optimizing protein and antibody concentrations and using a single sample preparation for multiple assays.
  • The entire lab work process, including data analysis, was reduced to 3.5 hours.

Main Results

  • The method successfully identified TDP-43 and its phosphorylated derivative from patient samples.
  • A linear dynamic range was established for protein concentration, enhancing detection sensitivity.
  • This protocol allows simultaneous assessment of multiple target proteins, improving efficiency in biomarker quantification.

Conclusions

  • This study demonstrates an effective method for developing blood-based biomarkers in neurodegenerative diseases.
  • The high-throughput approach significantly reduces analysis time and enhances the feasibility of large clinical trials.
  • This could lead to better tracking of disease progression and treatment effects in studies involving ALS and other neurodegenerative conditions.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using this assay method?
The high-throughput capillary electrophoresis immunoassay allows for rapid analysis, reducing the lab work time from 2.5 days to just 3.5 hours, thus enhancing efficiency in biomarker development.
How is the biological model validated?
The model utilizes human platelet lysates from both ALS patients and healthy controls, ensuring relevant comparisons for biomarker identification.
What types of outcomes can this assay produce?
The assay enables the identification of specific proteins associated with ALS, such as TDP-43, and can provide insights into disease-specific target protein profiles.
Can this method be adapted for other diseases?
Yes, this technique can potentially be adapted to study biomarkers for other neurodegenerative diseases beyond ALS, facilitating broader applications in clinical research.
What are the limitations of this method?
Potential limitations include signal intensity reduction due to the use of whole platelet lysate mixtures, which may affect assay sensitivity.
What is the significance of using a single sample preparation for multiple assays?
This allows for more efficient use of samples, conserving resources and streamlining the analysis process, which is particularly beneficial for large-scale clinical trials.

Biomarcadores à base de sangue para doenças neurodegenerativas são essenciais para a implementação de estudos clínicos em larga escala. Um exame de sangue confiável e validado deve exigir um pequeno volume amostral, bem como ser um método de amostragem menos invasivo, acessível e reprodutível. Este artigo demonstra que a eletroforese capilar de alto ato de ponta faz a que satisfaz critérios para o desenvolvimento potencial de biomarcadores.

Este protocolo pode ser usado para otimizar as concentrações de proteínas e anticorpos primários em uma única placa de ensaio, e para realizar dois ensaios usando uma única preparação amostral. A principal vantagem dessa técnica é que ela permite que 2 dias e meio de trabalho de laboratório, incluindo análise de dados, sejam concluídos em 3 horas e meia. Esta técnica fornece um alto formato de ensaio de rendimento para o desenvolvimento de um biomarcador baseado em sangue para ELA e é um método ideal para a realização de grandes ensaios clínicos.

Este método pode fornecer insights sobre perfis de proteínas-alvo durante o prognóstico da doença e pode facilitar o monitoramento dos efeitos de drogas de ensaios clínicos interessantes. Após a coleta de 100 microliters de plaquetas humanas de pacientes com ELA e indivíduos saudáveis, preencha os modelos gerados internamente para o layout capilar e preparação da amostra. A tabela de preparação da mistura de amostras é dinâmica e calculará automaticamente quanto volume deve ser removido da fonte.

Coloque todos os reagentes de ensaio no gelo. Exceto o pacote padrão, que deve permanecer em temperatura ambiente. Para preparar a mistura mestre fluorescente, adicione 40 microliters de água deionizada a um tubo claro de DTT e adicione 20 microliters de tampão de amostra de 10X.

E 20 microliters da solução de 400 mililitros de DTT preparada para o tubo rosa do kit de ensaio. Para preparar a escada biotinilada, adicione 16 microliters de água deionizada, dois microliters de tampão de amostra de 10X e dois microliters da solução de 400 mililitros de DTT preparadas para o tubo branco fornecido no kit. Após uma mistura suave, transfira a solução de escada para um tubo PCR de 200 microliter antes de desnaturar.

Adicione 1,5 microliters de tampão de amostra de 10X e 148,5 microliters de água deionizada a um tubo de microcentrífuga de 600 microlitres e vórtice para misturar, antes de colocar o tubo no gelo. Adicione os anticorpos de interesse diretamente ao diluído como indicado na tabela e lave a ponta da pipeta várias vezes em uma solução homogênea de anticorpos. Para preparar a mistura de amostras capilares, abra todos os tubos PCR e adicione 1,6 alíquotas de microliter de tampão de amostra fluorescente 5X a cada tubo, conforme indicado na tabela usando uma técnica de pipetação reversa.

Fechando imediatamente cada tubo à medida que o buffer é adicionado. Quando todo o buffer tiver sido adicionado, abra todos os tubos e adicione um buffer de amostra de 0,1X em volumes conforme indicado na tabela, fechando imediatamente cada tubo à medida que o buffer é adicionado. Em seguida, abra todos os tubos e adicione as amostras de proteínas conforme indicado na tabela e feche imediatamente cada tampa do tubo.

Quando todas as amostras tiverem sido adicionadas, centrifufique brevemente todos os tubos em uma centrífuga de bancada. Vórtice para misturar e centrifugar as amostras novamente. No final da segunda centrifugação, coloque todos os tubos em um termociclador com uma tampa aquecida.

E desnaturar as amostras sob as condições indicadas. No final da desnaturação, centrífuga, misture e centrifugar as amostras novamente e coloque todos os tubos em um rack de tubos no gelo. Usando a figura como guia, adicione 10 microliters de peroxidase de rabanete streptavidin ao poço D1, 10 microlitres do anticorpo secundário apropriado para poços D2 a D5, 10 microliters de anticorpos diluidores para cada poço na linha B e para bem C1, 10 microliters do anticorpo primário apropriado para poços C2 a C25, cinco microliters de escada biotinilada do tubo PCR número um para bem A1 , três microliters de amostra para linhas A2 a A25 e 15 microliters de peróxido de luminol recém-preparado para cada poço de linha E.Pipetting a mistura de amostra e o reagente no poço minúsculo nas ordens corretas é fundamental para o sucesso do experimento, por isso deve ser feito com muito cuidado.

Em seguida, adicione 500 microliters de tampão de lavagem a cada bem-tampão de lavagem designado. E girar o conteúdo da placa por centrifugação. Para realizar a análise capilar na placa de ensaio, conecte o analisador capilar ao sistema on-line e clique em Instrumento e Conecte-se no software analisador.

Selecione o número de série do instrumento no menu pop-up e clique em Conectar. Selecione a guia Ensaio e selecione Novo ensaio, digite os parâmetros do ensaio e salve o nome e o local do arquivo. Em seguida, confirme que o indicador azul piscando no analisador é um azul sólido e remova o cartucho capilar de sua embalagem.

Remova o selo protetor da placa de ensaio e observe visualmente os poços pré-preenchidos para bolhas de ar. Coloque a placa de ensaio no porta-aduto e segurando o cartucho capilar em um ângulo, insira o cartucho na ranhura capilar e feche a porta do analisador. Em seguida, clique em Iniciar no software analisador.

O uso de uma mistura inteira de plaquetas no ensaio pode reduzir a intensidade do sinal das proteínas alvo e contribuir para um sinal de fundo elevado. Portanto, neste ensaio, o supernanato claro foi usado após a ruptura das plaquetas. Uma faixa dinâmica linear para a concentração de proteína citosol plaqueta foi estabelecida em 0,2 a 0,8 miligramas por mililitro, e um modelo de ensaio foi adotado para que tanto a concentração de proteína quanto a titulação do anticorpo primário pudessem ser realizadas em um único ensaio.

O perfil de detecção de faixa dinâmica de alta dinâmica oferece um alcance dinâmico significativamente mais amplo devido à maior sensibilidade do ensaio capilar, resultando em uma melhor detecção e quantificação sobre uma faixa de concentração amostral maior. Os tempos de exposição individual também podem ser definidos. Utilizando as condições de ensaio otimizadas, esta análise das frações citossócidas plaquetárias obtidas de pacientes com ELA utilizando dois conjuntos de anticorpos permite a identificação de TDP-43 específico da doença e sua derivada fosfoilada dentro das amostras.

O TDP-43 total poderia então ser quantificado usando a curva de calibração. E as variabilidades do ensaio intra e inter-executado foram testadas em frações citosócidas de plaquetas humanas. Este método permite o uso de anticorpos primários, facilitando a identificação de até cinco proteínas alvo diferentes dentro da mesma amostra em um único ensaio.

Essa técnica não só reduz substancialmente o tempo de análise da proteína, como requer volumes amostrais de microliter e gera resultados com alto grau de reprodutibilidade. Alguns dos produtos químicos utilizados neste ensaio e todas as amostras humanas são considerados biohazardous, por isso os equipamentos de proteção individual apropriados devem ser sempre usados na realização desses experimentos.

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Neurociência Edição 156 TDP-43 TDP-43 fosforilado eletroforese capilar plaqueta humana doenças neurodegenerativas biomarcador valor preditivo de fosforryilação otimização de ensaios

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