Immuno-PCR:超敏免疫診斷

2021-01-10 石頭道科普

如果PCR用於免疫檢測,靈敏度會發生怎樣的變化?免疫PCR首次開發於1992年,其技術結合了ELISA(酶聯免疫吸附測定)和PCR(聚合酶鏈反應),與傳統ELISA相比,靈敏度得到了顯著的提高。本推送主要介紹免疫PCR的相關技術原理及主要產品。

體外診斷主要有生化、免疫和分子等技術分類,其中免疫和分子各自有自己的標誌物。之前的推送介紹了如何用免疫檢測原理進行核酸分子的檢測,其中以雜交捕獲2作為典型例子進行說明。這種方法主要依靠抗體對DNA/RNA雜合體的特異性識別,儘管靈敏度不夠,但使用簡便,也適應HPV的檢測需求,目前已經成為HPV檢測的經典方法之一。

多年來一直依賴免疫檢測技術,如蛋白質印跡、流式螢光免疫、ELISA和化學發光進行免疫檢測,這些方法已經發展成為IVD免疫診斷最重要的技術支撐。但有些低豐富的蛋白仍然難以檢測,特別是目前醫學的發展,對高敏免疫檢測的需求愈發嚴重。免疫PCR(immuno-PCR)是一種相對較新的方法,它的出現就是為了解決傳統ELISA靈敏度不夠的問題。通過將ELISA與PCR合併,免疫PCR提供了極高水平的測定靈敏度。

免疫PCR的歷史

該技術最早報導於1992年Science的一篇文章。文章指出該技術可重複穩定地檢測580個抗原分子,與傳統方法比靈敏度提高了100000倍。目前,該技術已經成為最重要的超敏免疫檢測技術之一(類似的技術之前有Digital ELISA-Simoa)。

在Sano等人進行的免疫PCR中,將牛血清白蛋白(BSA)固定在微量滴定板上,然後用附著有鏈黴親和素蛋白A蛋白嵌合體的單克隆抗體進行檢測。然後將生物素化的線性DNA加入孔中,通過PCR擴增,並通過瓊脂糖凝膠電泳分析。隨後,該方法發展成為利用qPCR進行定量的超敏檢測,最低可在1毫升溶液中檢測幾個生物標誌物。

免疫PCR測定的主要步驟如下圖所示:

將特異於蛋白質靶標的抗體固定到容器表面洗滌以去除未結合的抗體添加樣品洗滌以去除未結合的樣品添加與DNA分子偶聯的第二特異性抗體洗滌去除未結合的抗體DNA擴增和檢測

目前,該技術已經有多種形式。其中最常見的是利用生物素標記的核酸分子進行信號擴增(圖a)。免疫PCR難點之一在於抗體與寡核苷酸綴合的技術複雜性和穩定性。然而,抗體綴合技術的新發展意味著現在可以更有效地進行免疫PCR,特別是生物素標記核酸技術的成熟,使得這種技術逐步實現商業化。

免疫PCR的特點

ELISA是一種免疫測定,目前有三種不同類型的ELISA。直接ELISA,夾心ELISA和競爭ELISA。其中夾心法用於檢測大分子,競爭法用於檢測小分子。ELISA易於操作,運行相對便宜,並且可用於高通量篩選。

PCR是用於擴增特定DNA片段的技術。傳統PCR擴增的產物DNA在凝膠上運行並用溴化乙錠染色。實時定量PCR(qPCR),將PCR產物的產生與螢光強度相關聯,通過監控其螢光信號進行核酸檢測與定量。qPCR非常靈敏,且比免疫檢測具有更寬的動態範圍。

免疫PCR本質上綜合了兩種方法的優點,只要有適當的抗體試劑,ELISA就可以檢測到任何蛋白質,但它可能不夠靈敏,無法鑑定低豐度的蛋白質。雖然PCR提供指數信號放大,但它不能直接用於抗原檢測。免疫PCR通過抗體-寡核苷酸綴合物,利用PCR的方法放大信號,使免疫檢測擁有了超高的靈敏度。

免疫PCR最主要的特點如下。

高度敏感:可以檢測皮克,飛克量的分析物

低樣品消耗:由於靈敏度高,檢測通常只需要少量樣品

通量高,多路復用

免疫PCR的主要平臺

免疫PCR最成功的平臺是由Chimera Biotec GmbH(德國多特蒙德的生物技術公司)開發的IMPERACER平臺。Chimera Biotec GmbH總部位於德國,其主要開發和銷售超敏蛋白檢測平臺,具有三大生物分析檢測平臺:ELISA、IMPERACER和SIMOA,三種技術平臺有其各自優缺點。其中IMPERACER就是採用的immuno-PCR技術。

IMPERACER將抗體偶聯DNA作為檢測試劑,通過real-time qPCR擴增來確定檢測結果。和傳統ELISA相比,具有以下幾點優勢:靈敏度高1000倍,檢測範圍達到五個數量級,基質背景低,需要樣本量少。

其公司在2007年在Nature Protocols上發表有immuno-PCR的相關指導文章。和Digital ELISA類似,目前這種高靈敏的免疫檢測技術主要應用於各種細胞因子的檢測。其它檢測項目還有傳染病、代謝疾病及神經病學等高靈敏生物標誌物檢測。

另一個平臺是RayBiotech開發的Immuno-Quantitative ELISA (IQELISA),但該系列產品主要面向科研市場,在臨床上應用較少。

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