Summary
Deze methode beschrijft het gebruik van Infrared kleurstofinkt imaging systeem voor detectie van H1N1 in bronchioalveolar lavage (BAL) vloeistof van geïnfecteerde muizen op een hoog gevoeligheid. Deze methodologie kan worden uitgevoerd in een 96 - of 384-wells plaat, vereist <10 pi volume van testmateriaal en heeft het potentieel voor gelijktijdige screening van meerdere pathogenen.
Abstract
Influenza virus is een respiratoire ziekteverwekker die een hoge mate van morbiditeit en mortaliteit elk jaar in meerdere delen van de wereld veroorzaakt. Daarom is nauwkeurige diagnose van de infecterende stam en snelle high-throughput screening van grote aantallen klinische monsters van het grootste belang om de verspreiding van een pandemie infecties te controleren. De huidige klinische diagnose van influenza-infecties zijn gebaseerd op serologische testen, polymerase chain reaction, direct monster immunofluorescentie en celkweek 1,2.
Hier melden wij de ontwikkeling van een nieuwe diagnostische techniek die gebruikt wordt om live influenza virussen op te sporen. We gebruikten de muis-aangepaste menselijke A/PR/8/34 (PR8, H1N1) virus 3 bij de werkzaamheid van deze techniek gebruik MDCK cellen 4 testen. MDCK cellen (10 4 of 5 x 10 3 per well) werden gekweekt in 96 - of 384-wells platen, besmet met PR8 en virale proteïnen werden gedetecteerd met behulp anti-M2 gevolgd door een IR kleurstof-geconjugeerd secsecundaire antilichaam. M2 5 en hemagglutinin 1 zijn twee belangrijke marker eiwitten gebruikt in veel verschillende diagnostische assays. Gebruikmakend van IR-kleurstof-geconjugeerde secundaire antilichamen tot een minimum beperkt de autofluorescentie verband gebracht met andere fluorescente kleurstoffen. Het gebruik van anti-M2 antilichaam liet ons toe de antigen-specifieke fluorescentie-intensiteit gebruiken als direct metric van virale kwantiteit. Om de fluorescentie-intensiteit te sommen, gebruikten we de LI-COR Odyssey op basis van IR-scanner. Dit systeem maakt gebruik van twee kanaals laser gebaseerde IR detecties te fluoroforen te identificeren en ze te onderscheiden van achtergrondruis. Het eerste kanaal enthousiast op 680 nm en stoot op 700 nm om te helpen op de achtergrond te kwantificeren. Het tweede kanaal detecteert fluoroforen dat prikkelen bij 780 nm en uitzenden op 800 nm. Het scannen van PR8-geïnfecteerde MDCK cellen in de IR-scanner wees op een virale titer-afhankelijke heldere fluorescentie. Een positieve correlatie van fluorescentie-intensiteit van het virus titer vanaf 10 2 -10 5 PFU zou kunnen zijn conconsequent nageleefd. Minimale maar detecteerbare positiviteit consistent gezien met 10 2 -10 3 PFU PR8 virale titers aangetoond dat de hoge gevoeligheid van de bijna-IR kleurstoffen. De signaal-ruisverhouding werd bepaald door vergelijking van de mock-geïnfecteerde of isotype antilichaam-behandelde MDCK cellen.
Met behulp van de fluorescentie-intensiteiten van 96 - of 384-wells plaat formaten, bouwen we standaard titratiekromme. In deze berekeningen, de eerste variabele het virale titer terwijl de tweede variabele is de fluorescentie-intensiteit. Daarom gebruikten we de exponentiële distributie naar een curve-fit met het polynoom relatie tussen de virale titers en fluorescentie-intensiteiten bepalen genereren. Gezamenlijk kunnen we concluderen dat IR op dye-basis eiwitdetectie systeem kan helpen bij de diagnose infecteren virusstammen en precies opsomming gegeven van de titer van het infecterende ziekteverwekkers.
Protocol
1. MDCK cellen cultuur
- Culture 5 miljoen MDCK cellen overnachting in een T-75 cm 2 kolf in 20 ml van RPMI1640 compleet medium met 10% FBS, 100 U / ml penicilline, 100 pg / ml streptomycine, 1 mM natriumpyruvaat, 5% van 7,5% natriumbicarbonaat oplossing en 0,001% β-mercaptoethanol in een 37 ° C incubator geïnfundeerd met 5,2% CO 2.
2. PR8 infectie en BAL vloeistof collectie
- Challenge C57BL / 6 muizen intranasaal met 5.000 PFU van PR8 virus in steriele PBS in een totaal volume van 30 pi door een neusgat. Voer mock infecties met alleen steriele PBS zonder het virus.
- Euthanaseren muizen 0, 2, 4 en 7 dagen na infectie en snijd van de borstholte te openen en een 1 cm incisie parallel aan de luchtpijp via de vacht van de muis om het bloot te leggen.
- Maak een middellijn incisie op de proximale aspect van de luchtpijp.
- Infundeer de luchtpijp met 0,5 ml van PBS-1% BSA en aspireer het BAL vloeistof. BAL vloeistoffen kunnen worden opgeslagen in -20 ° C diepvriezer tot gebruik.
3. Virus infectie en detectie van virale matrix eiwit (M2) met de LI-COR Odyssey
- Om de virale titers met behulp van infrarood-dye-geconjugeerde antilichamen te kwantificeren, de oogst van het MDCK cellen van T-75 cm 2 flessen en plaat ze in optische vlakke bodem zwart 96-well (10.000 cellen per well) of 384-wells (5.000 cellen per well ) platen. Cultuur de MDCK cellen voor overnachting bij 37 ° C in RPMI1640 compleet medium en tweemaal spoelen met serum-vrij DMEM bevattende BSA (0,2%, gewicht / volume), penicilline (100 U / ml), streptomycine (100 pg / ml), natrium pyruvaat (1 mM), natriumbicarbonaatoplossing (5% van 7,5%) en β-mercaptoethanol (0,001%).
- Incubeer de MDCK cellen met BAL vloeistof (50 ul voor 96-wellsplaat of 10 ul voor 384-wells plaat) of PR8 virus met bekende titers in elke well met gelijke volume (50 ul voor 96-wellsplaat of 10 ul voor 384 - wells plaat) van DMEM medium,bevattende L-1-tosylamido-2-fenylethyl chloromethyl keton (TPCK) behandelde trypsine (0,2 ug / ml).
- Na 1 h van infectie, voeg 100 pi (96-well plaat) of 20 ul (384-wells plaat) van 10% FBS-bevattende RPMI1640 complete medium in elk putje.
- Doorgaan kweken MDCK cellen voor een andere 16 h besmettingsbronnen; tweemaal was de MDCK cellen met 100 pi (96-well plaat) of 20 ul (384-wells plaat) van PBS-1% BSA oplossing en vast met 100 ul (96-well plaat) of 20 ul (384-wells plaat) van 1% paraformaldehyde voor 5 min.
- Na vaststelling, incubeer het MDCK cellen verder gedurende 30 min met 100 ul (96-well plaat) of 20 ul (384-wells plaat) van PBS-1% BSA voor het blokkeren.
- Na blokkering incubeer het MDCK cellen voor 1 h met primair antilichaam tegen M2-eiwit (1:1000, verdund in PBS-1% BSA). Gebruik 50 pi per well en 20 pi verdunde antistof per goed in 96-goed of 384-wells platen, respectievelijk.
- Driemaal Was MDCK cellen met 100 pi (96-well plaat) Of 20 ul (384-wells plaat) van PBS-bevattende 1% BSA en incubeer gedurende 1 uur met 50 ul (96-well plaat) of 20 ul (384-wells plaat) geit anti-muis IRDye @ 800 secundair antilichaam ( 1:200 verdunning).
- Driemaal Was MDCK cellen met 100 ul PBS-bevattende 1% BSA. Leg de gekleurde platen op het lezen glas platform van de LI-COR Odyssey IR-scanner en zet de lezer voor een 96 - of 384-wells plaat lezen.
- Blank putjes voor negatieve controle kan worden ingesteld met behulp van de LI-COR Odyssey software. Kwantificeren hele plaat of geselecteerde bronnen binnen de plaat met behulp van LI-COR Odyssey software.
- Met behulp van Auto Shape Tool, trekken de grenzen van een doelgebied (ROI) in het midden van een test goed van 96 - of 384-wells platen. Oprichting van ROI kan de software om de gedefinieerde achtergrond putten te vergelijken met het virus getitreerd monsters.
- Om de uitgangswaarde voor de hele test instellen, gebruikt u een achtergrond ROI. Breng de twee tegengestelde dradenkruis die door de Odyssey software binnen de ROI te meetopnieuw de intensiteit van de fluorescentie in de put.
- Scan platen met behulp van 780 nm kanaal voor detectie en 680 nm als referentie golflengte in een LI-COR Odyssey IR-scanner.
- Zodra de 'Read' commando wordt geactiveerd, zal de fluorescentie-intensiteiten op een uniforme intervallen van de ROI worden gemeten en de verzamelde gegevens points geïntegreerd. Een standaarddeviatie multiplier zal bepalen het niveau van het signaal over de baseline, dat is opgenomen in de ROI bepalen.
- Background fluorescentie zal gekwantificeerd uit de mock-geïnfecteerde of secundaire antilichaam alleen controleert en zullen worden gebruikt om de geïntegreerde intensiteit in test wells schatten.
- Kies 'geïntegreerde intensiteit' voor de berekeningen omdat het netto-pixel volume voor een bepaalde individuele plek en is onafhankelijk van de feature size. Gebruik de standaardcurve uit de bekende virale titers aan de virale titers van onbekende monsters berekenen. Gebruik een lange interpolatie curve precies kan worden berekend van de virale titers. Bereken de viral titers in de testmonsters door vergelijking van de intensiteiten van de testmonsters met de standaard curve.
4. Representatieve resultaten
Standaardisatie van IR op dye-basis high throughput virale detectie systeem
PR8 virus kan infecteren MDCK cellen; daarom gebruikten we deze cellen deze assay ontwikkelen. We gemeten de virale titers behulp van een primair antilichaam tegen een influenza virale matrix eiwit (M2). In tegenstelling tot andere methodologieën, gebruikten we een secundair antilichaam die is geconjugeerd aan een bijna-IR kleurstof. Deze methode biedt een eenvoudige, geautomatiseerde PR8 virus titer bepaling door middel van fluorescentie-intensiteit die wordt gegenereerd bij het detecteren van M2-eiwit. Na influenza virus infectie wordt M2-eiwit vertaald, vervoerd en accumuleert in de gastheercel inclusief de celoppervlak. Aldus de hoeveelheid van het M2-eiwit vertegenwoordigt een meetbare parameter om de hoeveelheid het virus bepalen. Vergelijking van de intensiteiten vande analysemonsters met de standaard curve zorgt de precieze meting van virale titers.
Om te bepalen de werkzaamheid van het fluorescentie gebaseerde methode, we gekweekte 10 4 MDCK cellen / putje in kamer glijdt overnachten. PR8 virale voorraden bekende titers werden toegevoegd aan putjes tweevoud met verschillende plaque vormende eenheden (PFU) en toegestaan om adsorberen aan de cellen gedurende een uur. Cellen werden geïncubeerd gedurende 16 h om de virus kan propageren. Hierna werden de MDCK cellen in de kamer slides gefixeerd met 1% paraformaldehyde, gewassen en gekleurd met anti-M2 antilichaam voor 1 h, gevolgd door AlexaFluor 488-geconjugeerd secundair antilichaam voor een extra 1 h. Confocale microscopische analyses van de geïnfecteerde MDCK cellen aangetoond dat de aanhanger monolaag was grotendeels intact en de PR8-afgeleide M2-eiwit was overvloedig aanwezig in de geïnfecteerde MDCK cellen (figuur 1a). Fluorescerende cellen kon worden gedetecteerd in infecties met virale titers zo laag als 10 2
Daarom, om een nauwkeurige schatting virale methode vast te stellen hebben we in dienst van een IR-dye-gebaseerde detectie en kwantificering systeem. MDCK cellen (10 4 / putje) werden gekweekt in 96-well platen, besmet met PR8 en virale proteïnen werden gedetecteerd met behulp anti-M2 gevolgd door een IR dye-geconjugeerd secundair antilichaam. Het gebruik van anti-M2 antilichaam liet ons toe de antigen-specifieke fluorescentie-intensiteit gebruiken als direct metric van virale kwantiteit. Om de fluorescentie-intensiteit te sommen, gebruikten we de LI-COR Odyssey op basis van IR-scanner. Dit systeem maakt gebruik van twee kanaals laser-based IR detecties te fluoroforen identificeren en zij zich onderscheiden van achtergrondruis. Het eerste kanaal enthousiast op 680 nm en stoot op 700 nm om te helpen op de achtergrond te kwantificeren. Het tweede kanaal detecteert fluoroforen dat prikkelen bij 780 nm en uitzenden op 800 nm. Het scannen van PR8-geïnfecteerde MDCK cellen in LI-COR Odyssey wees op een virale titer-afhankelijke heldere fluorescentie (Figuur 1B). M2 positieve fluorescerende MDCK cellen waren duidelijk zichtbaar binnenin de gootjes (Figuur 1B). Een positieve correlatie van fluorescentie-intensiteit van het virus titer vanaf 10 2 -10 5 PFU kon consequent in acht worden genomen. PR8 virale titraties hoger dan 10 6 PFU leiden tot celdood, die een bovengrens voor de gevoeligheid van de assay sets. Minimale maar detecteerbare positiviteit consistent gezien met 10 2 -10 3 PFU PR8 virale titers aangetoond dat de hoge gevoeligheid van de bijna-IR kleurstoffen. De signaal-ruisverhouding werd bepaald door vergelijking van de mock-besmet of isotype antilichaam behandelde MDCK cellen. Beide van deze controles geleid tot te verwaarlozen was of niet-detecteerbare niveaus van fluorescentie (Figuur 1B).
Verder verbeteren de gevoeligheid en de test monstervolume te verminderen, we software heeft 5 × 10 3 MDCK cellen / putje in 384-wells platen. Verschillende PFUs van PR8 werden getest als seriële een log verdunningen (Figuur 1C). Detection gevoeligheid vanaf 384-wells platen was vergelijkbaar met die van de 96-well plaatanalyses. Zowel 10 1 en 10 2 PFU werkte consequent beter in de 384-wells platen vergelijking met 96-wells platen. Met behulp van de fluorescentie-intensiteiten van 96 - of 384-wells plaat formaten, bouwen we standaard titratiecurven (figuur 1D). In deze berekeningen, de eerste variabele het virale titer terwijl de tweede variabele is de fluorescentie-intensiteit. Daarom gebruikten we de exponentiële verdeling om een curve-fit aan determ genererenIne zeggen het polynoom relatie tussen de virale titers en fluorescentie intensiteiten. We hebben ook gevalideerd onze observaties met ander antilichaam dat wordt gericht tegen de nucleoproteïne (NP) van PR8 virus (gegevens niet getoond). Distinct bronnen van PR8 stammen werden ook gebruikt om MDCK cellen die waren getest met anti-NP of anti-M2 antilichamen (gegevens niet getoond) infecteren. Gezamenlijk kunnen we concluderen dat IR op dye-basis eiwitdetectie systeem kan helpen bij de diagnose infecteren virusstammen en precies opsomming gegeven van de titer van het infecterende ziekteverwekkers.
Wiskundige overwegingen voor de berekening virale titers
De wiskundige berekeningen van fluorescentie intensiteit en titer bepalingen gebeuren als hieronder beschreven. Na de kleuringsprocedure, zijn hele plaat of geselecteerde bronnen binnen plaat gekwantificeerd met behulp van LI-COR Odyssey software. Met behulp van Auto Shape Tool, werd grenzen van een doelgebied (ROI), opgesteld in het midden van de test putten van 96 - of 384-well platen (Figuur 2A en B). Oprichting van ROI kan de software om de gedefinieerde achtergrond putten te vergelijken met het virus getitreerd monsters. Een achtergrond ROI werd gebruikt om de basislijn waarde voor de hele assay stellen. Twee tegengestelde kruis haren (wit) werden geïntroduceerd binnen de ROI om de intensiteit van fluorescentie meten over de goed (Figuur 2C). Curves naar de rechterkant en onder de vertegenwoordiger wells in figuur 2C vertegenwoordigen de intensiteit van de pixels langs deze dradenkruis. De fluorescerende intensiteiten op uniforme intervallen van de ROI werden gemeten en de verzamelde gegevens punten werden geïntegreerd. Een standaarddeviatie multiplier bepaald het niveau van het signaal over de baseline, dat werd opgenomen in de ROI bepalen. Achtergrond fluorescentie werd gekwantificeerd van de mock-geïnfecteerde of secundaire antilichaam alleen controles en gebruikt om de geïntegreerde intensiteit in de test putten te schatten. We kozen geïntegreerde intensiteit voor berekeningen omdat het representatiefouders netto pixel volume voor een bepaalde individuele plek en is onafhankelijk van de feature size. Bovendien, geïntegreerde intensiteit nagenoeg onafhankelijk is van resolutie. Total intensiteit / pixel (I) correspondeert met de signaal intensiteit voortvloeien uit de goed geselecteerd in de pixeloppervlak (Is) plus het signaal voortvloeien uit de achtergrond van de pixeloppervlak (b). Daarom is voor pixel 'i':
Ik i = i s i + b i
Pixel volume vertegenwoordigt zowel de grootte van het signaal en het gebied waarin het wordt gedistribueerd. Signal gebied is gerelateerd aan de verdeling van steekproefgemiddelden dat genereert het signaal. De pixel volume gelijk is aan totale signaal gemeten in pixel 'i' in het gebied (a) van de pixel keer de hoogte (I). Dus voor pixel 'i':
vi = a I i
Totaal aantal pixel volume is de som van het totaal signaal van het hele gebied als volgt:
| ; | n | n | |
| V = | Σv i | = | aΣI i |
| i = 1 | i = 1 |
Geïntegreerde intensiteit is de som van de intensiteit waarden van alle pixels ingesloten door feature, vermenigvuldigd met de oppervlakte van de cirkel / rechthoek (count mm 2). Daarom is de geïntegreerde intensiteit =
a (ΣI i - b)
Hier, b staat voor het gemiddelde voor de achtergrond pixel intensiteit. Deze formule berekent de geïntegreerde signaal intensiteiten van de controle of experimentele putjes en daardoor stelt een standaardmethode curve. Virale titers in de testmonsters werden berekend met deze standaard curve. Concentratie (van intensiteit) wordt gedefinieerd als de hoeveelheid fluorescentie aanwezig in een gedefinieerde ROI. De concentraties in de monsters zijn berekeningTed ten opzichte van de vastgestelde concentraties van de normen in de afbeelding. Om de precieze virale titers berekenen wordt de intensiteit van elke concentratie standaard uitgezet en voorzien met een lange interpolatie curve. De concentraties van de proefmonsters berekend door vergelijking van de intensiteit van het gebied binnen de standaardcurve.
Bepaling van virale titers uit BAL vloeistof van influenza geïnfecteerde muizen
Detectie van levende influenza virusdeeltjes in klinische en laboratorium monsters is van cruciale betekenis. Daarom we next onderzocht of we kunnen deze methode gebruiken om de virale titers in laboratoriummonsters bepalen. BAL vloeistoffen werden verzameld uit niet-geïmmuniseerde muizen en verrijkt met een bekende hoeveelheid van PR8 virus. Spiked BAL vloeistoffen werden lineair getitreerd voor het opsommen van de virale titers. Aliquots van spiked BAL vloeistoffen werden gebruikt om MDCK cellen te infecteren in 96-well platen, gefixeerd en gekleurd met anti-M2 en IR dye-geconjugeerd secondary antilichamen. Resultaten weergegeven in figuur 3A aantonen dat de virale titers in de spiked BAL vloeistof detecteerbare waren en gecorreleerd met de PR8 titers in de standaard curve. Met de standaardcurve, werd precieze virale getallen in de gespiked en getitreerd BAL vloeistof gekwantificeerd. Exponentiële curve fit berekeningen van een maatregel om de virale titers in het verrijkte BAL vloeistof (Figuur 3B) te berekenen. Door middel van deze methode kregen we een uitstekende correlaties tussen de berekende en verrijkt virale titers, het valideren van deze aanpak (Figuur 3C).
Vervolgens analyseerden we de BAL-vloeistof van PR8-geïnfecteerde muizen. PR8 is veelvuldig gebruikt in muismodellen voor de menselijke pathologie en anti-virale immuniteit 3 te begrijpen. Groepen van muizen werden intranasaal geïnfecteerd met 5.000 PFU van PR8. Muizen werden gevolgd om gewicht te verliezen, het uiterlijk van de gebochelde rug, gegolfde vacht en andere klinische symptomen. Op dagen 0, 2, 4, 7 en 10 van na infectie,muizen werden opgeofferd en BAL vloeistoffen werden verzameld. Om deze laboratoriummonsters benutten, werden MDCK cellen geïncubeerd met seriële verdunningen van BAL vloeistof in een eindvolume van 50 ul voor 17 h in 96-well platen. Controle putten van MDCK cellen geïnfecteerd met bekende titers op voorraad PR8 virus diende om een standaard curve te genereren. Na infectie werden cellen gewassen, gefixeerd en gekleurd met anti-M2 primaire antilichaam gevolgd door near-IR dye-geconjugeerd secundair antilichaam. MDCK cellen die waren mock-geïnfecteerd of behandeld met isotype controles na de besmetting op voorwaarde dat de achtergrond fluorescentie intensiteiten voor titer berekeningen.
Analyses van de BAL vloeistof aangetoond dat PR8 virus in het laboratorium specimen wordt detecteerbaar via de IR dye-based assay systeem. Een aanzienlijke stijging van het viral load in de BAL vloeistof werd waargenomen op dagen 2 en 4 post infectie (Figuur 4A). Berekeningen van de geïntegreerde intensiteit aangegeven dat BAL vocht van dag 2 en 4 van i plaatsennfection bevatte aanzienlijke niveaus van PR8 virus (Figuur 4B). Onze resultaten tonen een geleidelijke maar significante gewichtsverlies tijdens de vroege fase van PR8 infectie, het aantonen van de ernst van de ziekte. Niettemin meeste muizen begon herstellen van ziektesymptomen en gewichtstoename 7 dagen na infectie (Figuur 4C). Muizen op dag 10 na infectie ontbrak enige mogelijke PR8 met vermelding van de klaring van het virus, die ook samen met de toename van het lichaamsgewicht en een aanzienlijke vermindering van de symptomen van de ziekte.
Om verdere uitbreiding van de toepassing van deze test, testten we een 2009 A (H1N1) griep bij de mens te isoleren met IR op dye-basis antilichaam detectie systeem en vergeleek het met real-time PCR-test. Deze klinische steekproef werd geïsoleerd uit een gecombineerde nasofaryngeale / keeluitstrijkje verkregen van verdachte patiënt. Het isoleren werd gekweekt in MDCK cellijn op de Milwaukee Health Department Laboratory. De testresultaten waren bedrijvenrood naar de gevoeligheid van de IR kleurstof gebaseerde methode om real-time PCR assays (figuur 5) te controleren. De resultaten geven aan dat de IR kleurstof-based antilichaam detectiesysteem het potentieel om viral load detecteren zo laag als 10 3 TCID 50 / ml, die vergelijkbaar zijn met PCR-gebaseerde test (10 TCID 50 / ml) en vallen binnen de klinische relevantie heeft voor de meeste patiënten monsters. Deze resultaten geven sterke aanwijzingen dat de IR-dye-gebaseerde test systeem voldoende gevoeligheid en potentieel om te worden toegepast voor virale titer opsomming in research laboratorium en klinische settings heeft.
Figuur 1. IR op dye-basis immuun detectie van het influenza virus. (A) Confocale microscopische analyses van influenza-geïnfecteerde MDCK cellen in 8-kamer en dia's. Immunofluorescentie microscopische analyses laten zien van het aanhangend MDCK monolaag is grotendeels intact en geladen met virus-afgeleide M2 eiwit. (BC) Kwantificering van de virale titers op basis van IR-kleurstof en LI-COR Odyssey-systeem. (D) generatie van de standaard bochten en exponentiële curve-fit profielen. Gegevens in het jaar zijn representatief voor vijf onafhankelijke experimenten.
Figuur 2. Methodologie van het bepalen van virale titers met behulp van IR-kleurstoffen. (A) Geïntegreerde fluorescentie-intensiteit metingen. Een bepaald gebied binnen de test putten (ROI) stond in het teken van de fluorescentie-intensiteiten te meten. Automatische Shape Tool, werden grenzen van de ROI getrokken in het midden van de test wells van 96 - of 384-wells platen. Fluorescentie werd gemeten als de individuele pixels (pixel = n) binnen de ROI. Geïntegreerde intensiteit is de som van de intensiteit waarden van alle pixels ingesloten door feature, vermenigvuldigd met de oppervlakte van de cirkel / rechthoek (count mm 2). (B) Het bepalen van de geïntegreerde fluorescentie-intensiteiten in assay putten. Oprichting van ROIkon de LI-COR scanner aan op de gedefinieerde achtergrond putten te vergelijken met het virus getitreerd monsters. Achtergrond fluorescentie werd gekwantificeerd van de mock-geïnfecteerde of secundaire antilichaam alleen controles en gebruikt om de geïntegreerde intensiteit in de test putten te schatten. (C) Het verzamelen van data punten binnen de ROI. Twee tegengestelde dradenkruis (wit) geïntroduceerd binnen de ROI van de intensiteit van fluorescentie te meten in de put. Curves naar de rechterkant en onder de vertegenwoordiger putjes zijn de intensiteit van de pixels langs deze dradenkruis.
Figuur 3. Detectie en kwantificering van virus titers in PR8 spiked BAL vloeistoffen. (A) MDCK cellen werden gekweekt in 96-well plaatjes gedurende een nacht en toegevoegd met PR8-spiked BAL vloeistof. Platen werden gelezen in de LI-COR Odyssey-systeem. (B) exogeen spiked BAL vloeistof werd in vergelijking met standaard bochten. (C) Vergelijking van berekende verwachte vir al titers. Exponentiële curve fitting voorzien y = 9.4784e 0.0014x. Data gepresenteerd in AC zijn representatief voor drie onafhankelijke experimenten.
Figuur 4. Detectie en kwantificering van influenza virus in BAL vocht uit PR8 geïnfecteerde muizen. (A) Groepen van muizen werden intranasaal geïnfecteerd met 5.000 PFU van PR8. MDCK cellen werden geïncubeerd met seriële verdunningen van BAL vloeistof in een eindvolume van 50 ul voor 17 h in 96-well platen. Na infectie werden cellen gewassen, gefixeerd en gekleurd met anti-M2 primaire antilichaam gevolgd door IR dye-geconjugeerd secundair antilichaam. De meest rechtse paneel staat voor de standaard curve. (B) Kwantificering van virale titers in de BAL vloeistof van geïnfecteerde muizen. (C) verlies van het gewicht van muizen tijdens PR8 infectie gecorreleerd met de viral load. Data gepresenteerd in AC zijn representatief voor drie onafhankelijke experimenten.
re 5 "src =" / files/ftp_upload/3623/3623fig5.jpg "/>
Figuur 5. Detectie en kwantificering van 2009 A (H1N1) pandemie (PDM) influenza isoleren van een menselijke patiënt. (A) De IR op dye-basis antilichaam fluorescentiesysteem detectie voor half-voudige titratie van geïnfecteerde MDCK cellijn. De fluorescentie resultaten wijzen op het assay heeft potentieel om viral load detecteren zo laag als 10 3 TCID 50 / ml. (B) Nucleïnezuur uit cultuur samen isoleren met een seriële tienvoudige verdunningen van een bekende getitreerd H1N1 isolaat werden geanalyseerd met het CDC real-time PCR-test 12. Detectielimiet voor real-time PCR was 10 TCID 50 / ml.
Discussion
De recente uitbraak van vogelgriep in Zuidoost-Azië en een wereldwijde angst voor de varkensgriep pandemie op te leggen enorme problemen voor de volksgezondheid en veiligheid. Kritische aandacht is gewijd in het genereren van vaccins voor bestaande en nieuwe stammen van het influenza virus. De beschikbaarheid van snelle high-throughput technologie voor nauwkeurige detectie en accurate virale titer berekeningen zal enorm verbeteren behandeling. De meest gebruikte technieken gebruikt om virus titer te berekenen onder meer plaque-vormende en influenza hemagglutinatie assays. De plaque-vormende test werd voor het eerst ontwikkeld om bacteriofaag titers schatten en werd door Renato Dulbecco te berekenen dier virale titers 4. Om dit assay uitvoert, worden 10-voudige verdunningen van influenza stock of dierlijke specimens zoals BAL stof bereid en 0,1 ml aliquots worden geïnoculeerd de monolaag van MDCK cellen in 6-wells platen. De virus mag adsorberen aan de MDCK cellen gevolgd door de addition van een voedingsmedium en agarose. Tijdens de incubatie het oorspronkelijke geïnfecteerde cellen vrijkomen virale nageslacht die verspreid alleen de naburige cellen. De cytopathogeen effect van de influenza virale infectie produceert een cirkelvormige zone van geïnfecteerde cellen heet een plaque. Elke plaque wordt vermoedelijk gevormd na infectie van een enkele cel met een enkel virusdeeltje gevolgd door replicatie van virus. Contrast tussen de levende cellen en de plaques kunnen worden verbeterd door kleurstoffen zoals kristal violet. Een belangrijk nadeel van deze assay is gebrek aan reproduceerbaarheid en enorme variaties binnen experimenten. Een andere assay gebruikt om de influenza virale titer bepalen, is de hemagglutinatie assay. De hemagglutinine-eiwit aanwezig op het oppervlak van het influenzavirus bindt efficiënt te N-acetylneuraminezuur-bevattende eiwitten op zoogdiercellijnen en aviaire rode bloedcellen 1. Deze interactie tussen het influenzavirus en erytrocyten leidt tot agglutinatie in de vorm van een rooster. Het lEvel van agglutinatie wordt gebruikt om de titer van het influenzavirus in test specimens schatten. Erythrocyt agglutinatie assay wordt alleen gebruikt om de titratie van een bekend virus bepalen en kan niet worden gebruikt voor stamidentificatienummer doeleinden. Aangezien deze test maakt geen onderscheid tussen de live en de doden virussen, is het moeilijk te verkrijgen precieze berekening van virale titers.
De huidige klinische diagnose van influenza-infecties zijn gebaseerd op serologische testen, polymerase chain reaction, direct monster immunofluorescentie en celkweek 1,6. De nieuwe methode hier beschreven heeft ook klinische en laboratorium diagnostische mogelijkheden. Influenza detectie kits Directigen FLU-A (BD Biosciences, San Jose, CA) en BinaxNow (Binax, Inc, Scarborough, ME) gebruik immunochromatografie test voor het virale antigeen te detecteren, zoals nucleoproteïne 7. Met deze kits, detectie van virus kan worden bereikt binnen 15 min; maar alle negatieve monsters verder moeten s becreened door de cel kweekmethode. Diverse studies hebben ook gemeld lage gevoeligheid van deze kits, in het bijzonder, wanneer de infectie was mild of laag 8. In onze methode, we voortdurend te sporen zo laag als 100 PFU van het virus. Dit suggereert onze techniek is nuttig in detectie H1N1 virus in klinische monsters, zelfs wanneer de infectie is mild. Een fluorescentie-gebaseerde methode van virale antigenen te detecteren is gemeld, waar ofwel nasofaryngeale aspiraat monsters werden direct geanalyseerd of werden geënt op een monolaag van gevoelige cellen voor virus vermenigvuldiging en de daarop volgende analyses 9. Zijn echter deze methoden beperkt voor diagnostische doeleinden en zijn niet geschikt voor virus titer berekeningen. Q-PCR helpt te identificeren de aanwezigheid van virale RNA en schat geen de besmettelijkheid van levende virussen. In vergelijking met deze testen, zullen IR dye-gebaseerde test systeem te helpen bij het opsporen en virale titer opsomming in klinische en laboratorium monsters. In geval van influenza uitbraak, iskritisch voor duizenden monsters diagnosticeren in korte tijd periode. Onze methode is gebaseerd op een 384-wells plaat en IR-scanner kan scannen 6-platen op een moment (> 2.000 monsters), daardoor een groter voordeel ten opzichte van andere direct fluorescent methoden. Haalbaarheid van een snelle verwerking van duizenden klinische monsters zou kunnen verminderen-test variabiliteit, de lengte van test tijd en kosten. Het gebruik van een M2-specifiek antilichaam biedt het voordeel van onafhankelijk van stam verschillen in H en N eiwitten. De M2-eiwit wordt relatief geconserveerd in de meeste influenza-stammen infecteren de mens. Als antilichamen die specifiek circulerende vlekken zijn gecombineerd met onze systeem kan men meten zowel de titer van virus en identificeer de stam. Aangezien M2 is de doelstelling voor het Amantadine-achtige drugs, kan mutanten ontstaan die kunnen de bindingsplaats voor het mAb hier gebruikt te veranderen. Dit betekent een potentiële beperking voor dit systeem bij personen die behandeld worden door deze medicijnen.
Veelvoudassays worden gebruikt om griep te titers sommen in test monsters. Om virus titer, 50% weefselkweek infectieuze dosis (TCID 50) en eieren allantoïsvocht-based assays berekenen worden schaal gebruikt 1,10. Echter, eisen van meerdere dagen te maken van deze methoden minder betrouwbaar. Verder in deze methoden berekeningen gebaseerd op de 50% verandering in de aantal plaques verzorgen de theoretische maar minder nauwkeurig virale titraties. Plaque vormende assays kan worden uitgevoerd binnen 96 uur, maar gebrek aan reproduceerbaarheid is een belangrijke zorg in virale titer berekeningen. De onderhavige techniek hier beschreven heeft verschillende duidelijke voordelen. Eerste is een zeer reproduceerbare techniek met consistente uitkomsten. Second, virale titer berekeningen zijn gebaseerd op eenvoudige kwantificering van fluorescentie-intensiteiten die worden vergeleken tegen gedefinieerde standaard curves. Derde kan twee of meer primaire antilichamen worden gebruikt om meerdere serotypes diagnosticeren in een gegeven monster. Ook, IR dye-geconjugeerde antilichamen hebben minimal autofluorescentie en zijn gebruikt voor cell imaging 11. UV of visuele straling (300-600 nM) resulteert in hoge cellulaire autofluorescentie door de aanwezigheid van hoge quantum opbrengst endogene fluoroforen. Deze omvatten aromatische aminozuren, lipo-pigmenten, pyridinic nucleotiden (NADPH), elastine, collageen en Flavin coënzymen. Deze intrinsieke eigenschap van cellen maakt het moeilijk om deze bronnen van straling gebruiken als probes om de expressie van specifieke eiwitten kwantificeren. In tegenstelling, bijna-IR-kleurstoffen prikkelen en uit te stoten tussen 670-1000 nm. Veel gastheer cellulaire moleculen en polycyclische aromatische koolwaterstoffen niet enthousiast op deze golflengte en als gevolg van verminderde lichtverstrooiing, zendt extreem lage achtergrond fluorescentie. Verder wordt het venster tussen de achtergrond en specifieke detectie enorm gevolg van een hoge extinctiecoëfficiënt van de nabije-IR fluoroforen verbeterd. Fotostabiliteit, superieure signaal-ruisverhouding, is uiterst relevant in de kwantificering van virale titers. Gebruik van microfluidic kamers zal automatiseren van de screening door de robot controles, en kan ons toelaten om zeer besmettelijk klinische monsters te testen met gemak. Zo is het gebruik van buurt-IR kleurstoffen in deze methoden is ideaal en zeer betrouwbare van virale titers in weefselmonsters te sommen.
Disclosures
Wij hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk wordt gedeeltelijk ondersteund NIH subsidies R01 A1064826-01, U19 AI062627-01, NO1-HHSN26600500032C (voor SM). Wij danken ons laboratorium leden voor discussie en technische hulp, Tina Heil voor de kritische beoordeling van het manuscript. Wij willen David Bina, Milwaukee Health Department Laboratorium bedanken voor viruskweek en PCR.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bovine serum albumin | Atlanta Biologicals | S11750 | |
| PR8 virus | From Dr Thomas M Moran | ||
| Goat anti-mouse IRDye@800 | LI-COR Biosciences | 926-32210 | 1:200 dilution |
| LI-COR Odyssey IR scanner | LI-COR Biosciences | 9201-01 | |
| 384-wells flat bottom plate | Nalge Nunc international | 164730 | |
| 96-wells flat bottom plate | Nalge Nunc international | 165305 | |
| DMEM medium | Invitrogen | 11965126 | |
| RPMI medium | Invitrogen | 11875135 | |
| Sodium bicarbonate | Invitrogen | 25080 | |
| L-glutamine 100x | Invitrogen | 25030 | |
| Trypson-EDTA | Invitrogen | R001100 | |
| Sodium Pyruvate | Invitrogen | 11360070 | |
| Anti-M-2 antibody | From Dr Thomas M Moran | ||
| Anti-NP mAb | CDC | V2S2208 | Obtained with an MTA |
References
- Hirst, G. K. The agglutination of red cells by allantoic fluid of chick embryos infected with influenza virus. Science. 94, 22-23 (1941).
- Jonsson, N., Gullberg, M., Lindberg, A. M. Real-time polymerase chain reaction as a rapid and efficient alternative to estimation of picornavirus titers by tissue culture infectious dose 50% or plaque forming units. Microbiol. Immunol. 53, 149-154 (2009).
- Kalter, S. S. Hemagglutinating Behavior of Mouse and Egg-adapted Type A (PR8) Influenza Virus. Science. 110, 184-184 (1949).
- Dulbecco, R. Production of Plaques in Monolayer Tissue Cultures by Single Particles of an Animal Virus. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 38, 747-752 (1952).
- Deyde, V. M., Nguyen, T., Bright, R. A., Balish, A., Shu, B., Lindstrom, S., Klimov, A. I., Gubareva, L. V. Detection of molecular markers of antiviral resistance in influenza A (H5N1) viruses using a pyrosequencing method. Antimicrob. Agents Chemother. 53, 1039-1047 (2009).
- Jonsson, N., Gullberg, M., Lindberg, A. M. Real-time polymerase chain reaction as a rapid and efficient alternative to estimation of picornavirus titers by tissue culture infectious dose 50% or plaque forming units. Microbiol. Immunol. 53, 149-154 (2009).
- Rahman, M., Kieke, B. A., Vandermause, M. F., Mitchell, P. D., Greenlee, R. T., Belongia, E. A. Performance of Directigen flu A+B enzyme immunoassay and direct fluorescent assay for detection of influenza infection during the 2004-2005 season. Diagnostic Microbiology and Infectious Disease. 58, 413-418 (2007).
- Landry, M. L., Ferguson, D. Suboptimal detection of influenza virus in adults by the Directigen Flu A+B enzyme immunoassay and correlation of results with the number of antigen-positive cells detected by cytospin immunofluorescence. J. Clin. Microbiol. 41, 3407-3409 (2003).
- Herrmann, B., Larsson, C., Zweygberg, B. W. Simultaneous detection and typing of influenza viruses A and B by a nested reverse transcription-PCR: comparison to virus isolation and antigen detection by immunofluorescence and optical immunoassay (FLU OIA). J. Clin. Microbiol. 39, 134-138 (2001).
- Reed, L. J., Muench, H. A simple method of estimating fifty percent endpoints. Am. J. Epidemiol. 27, 493-497 (1938).
- Doerr, A.
- Shu, B., Wu, K. H., Emery, S., Villanueva, J., Johnson, R., Guthrie, E., Berman, L., Warnes, C., Barnes, N., Klimov, A., Lindstrom, S. Design and performance of the CDC real-time reverse transcriptase PCR swine flu panel for detection of 2009 A (H1N1) pandemic influenza virus. J. Clin. Microbiol. 49, 2614-2619 (2011).
