Масс-спектрометрический иммуноанализ
Масс-спектрометрический иммуноанализ ( MSIA ) — это быстрый метод, используемый для обнаружения и/или количественного определения антигенов и/или аналитов антител. [1] В этом методе используется выделение аффинности аналита (с помощью антигенов или антител) для извлечения целевых молекул и внутренних стандартов из биологической жидкости при подготовке к масс-спектрометрии с ионизацией и времяпролетной масс-спектрометрией с матричной лазерной десорбцией ( MALDI-TOF-MS ). [2] [3] [4] Этот метод позволяет проводить анализ «сверху вниз» и «снизу вверх». Этот чувствительный метод позволяет использовать новый и улучшенный процесс обнаружения нескольких антигенов и антител в одном анализе. [1] Этот анализ также способен различать формы одной и той же молекулы со смещенной массой с помощью панантитела, а также различать точечные мутации в белках. [4] [5] Каждая конкретная форма обнаруживается уникальным образом на основе их характерной молекулярной массы. MSIA имеет двойную специфичность благодаря реакции антитело-антиген в сочетании с мощностью масс-спектрометра.
Ранее использовались различные другие методы иммуноанализа, такие как радиоиммуноанализ (РИА) и иммуноферментный анализ (ИФА и ИФА). Эти методы чрезвычайно чувствительны, однако у этих методов есть много ограничений. Например, количественный анализ ELISA и EIA требует нескольких часов, поскольку связывание должно достичь равновесия. [1] Недостаток РИА в том, что вам нужны радиоактивные частицы, которые общеизвестны как канцерогены.
Создание MSIA позволило определить наличие одного или нескольких антигенов в образце, а также количественную оценку этих видов.
История
[ редактировать ]Этот анализ был запатентован в 2006 году Рэндаллом Нельсоном, Питером Уильямсом и Дженнифер Рив Кроун. [1] Идея впервые возникла с разработкой ИФА и РИА. [6] Более ранний патентный метод предлагал пометить антигены или антитела стабильными изотопами или долгоживущими радиоактивными элементами. [7] Но ограничения обоих методов потребовали более эффективных методов обнаружения белка или белков. Изобретение сочетает связывание антиген-антитело с масс-спектрометром, который помогает качественно идентифицировать и количественно определять аналиты соответственно.
Ранний эксперимент MSIA был проведен на образце человеческой крови, насыщенном ядом, на наличие антигенного миотоксина. Эксперимент оказался успешным в том смысле, что масс-спектр, полученный в результате анализа, показал отчетливую реакцию на миотоксин с молекулярной массой, соответствующей 4822 Да (а). [1] Отношение m/z при 5242 Да (b) представляет собой молекулярную массу модифицированного варианта H-миотоксина, используемого в качестве внутреннего эталонного вида. Рисунок масс-спектра приведен ниже.
Методология
[ редактировать ]
Иллюстрация процедуры MSIA изображена на рисунке справа. Аналиты в образце биологической жидкости собираются из раствора с помощью наконечника MSIA (также известного как микроколонки MSIA). [8] ), который содержит модифицированную аффинную фритту. Биологические образцы содержат различные белки, которые охватывают широкий динамический диапазон, поэтому необходима очистка, чтобы минимизировать сложную матрицу и максимизировать чувствительность масс-спектрометрии. [9] Наконечник MSIA служит местом для очистки этих образцов путем иммобилизации аналита с высокой селективностью и специфичностью. Аналиты связываются с фриттой в зависимости от их сродства, а все другие неспецифические молекулы смываются. Конкретные мишени затем элюируются на целевую пластину масс-спектрометра с матрицей MALDI. Однако белки могут быть переварены до проведения МС-анализа. Позже следует MALDI-TOF-MS, и целевые аналиты обнаруживаются на основе их значений m/z. Этот метод является качественным, но добавление вариантов аналита со смещенной массой для использования в качестве внутреннего стандарта делает этот метод полезным для количественного анализа. [5]
Наконечники пипеток, называемые наконечниками MSIA или наконечниками аффинных пипеток, играют ключевую роль в процессе обнаружения аналитов в биологических образцах. Наконечники MSIA обычно содержат пористую твердую подложку, к которой ковалентно прикреплены дериватизированные антигены или антитела. Различные аналиты имеют разное сродство к наконечникам, поэтому необходимо разработать производные наконечники MSIA на основе интересующего аналита. Основное назначение этих наконечников — пропускать пробы, а сродство аналита к связанному антигену/антителу позволяет захватывать аналит. Неспецифически связанные соединения вымываются из наконечников MSIA.
Этот процесс можно упростить до 6 простых шагов, которые Thermo назвал «рабочим потоком».
- Собрать образец
- Загрузка аффинного лиганда
- Очистите целевой аналит
- Элюируйте целевой аналит
- Процесс отбора проб перед МС
- МС-анализ
Многие «рабочие процессы» коммерчески доступны для покупки.
Приложения
[ редактировать ]MSIA — это метод, который можно использовать для анализа множества различных молекул, таких как белки, гормоны, лекарства, токсины и различные патогены, обнаруженные в биологических жидкостях (плазма человека и животных, слюна, моча, слезы и т. д.). [1] [10] MSIA также применялся к клиническим образцам и оказался уникальным методом анализа клинически значимых белков. [11] Успешный анализ токсинов, лекарств и других патогенов важен как для окружающей среды, так и для человеческого организма. MSIA может использоваться для целого ряда биомедицинских и экологических приложений.
Важным применением масс-спектрометрического иммуноанализа является то, что его можно использовать для быстрого, чувствительного и точного скрининга аполипопротеинов и их мутаций. Аполипопротеины представляют собой группу белков, выполняющих множество функций, таких как транспорт и клиренс, а также активация ферментов. [4] Недавние исследования показали, что мутации в апоплипротеинах приводят или способствуют прогрессированию различных сопутствующих заболеваний, включая амилоидоз, амилоидную кардиомиопатию, болезнь Альцгеймера, гипертриглицеридемию, пониженный уровень холестерина, гиперлипидемию и атеросклероз, и это лишь некоторые из них. Нельсон и его коллеги провели исследование с использованием MSIA для характеристики и выделения видов аполипопротеинов. [ нужна ссылка ]
Преимущества
[ редактировать ]Использование масс-спектрометрического иммуноанализа имеет множество преимуществ. Самое главное, что анализ выполняется чрезвычайно быстро, а данные воспроизводимы и автоматизированы. Они чувствительны, точны и позволяют проводить абсолютные количественные оценки. Аналиты могут быть обнаружены в низких пределах обнаружения (вплоть до пикомолярных), а анализ охватывает широкий динамический диапазон. [9] .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж США 6974704B2
- ^ Нельсон, Рэндалл В.; Кроун, Дженнифер Р.; Бибер, Аллан Л.; Уильямс, Питер. (1995). «Масс-спектрометрический иммуноанализ». Аналитическая химия . 67 (7): 1153–1158. дои : 10.1021/ac00103a003 . ОСТИ 1087876 . ПМИД 15134097 .
- ^ Нидеркофлер, Эрик Э.; Таббс, Кеммонс А.; Грубер, Карл; Недельков, Добрин; Кирнан, Урбан А.; Уильямс, Питер; Нельсон, Рэндалл В. (1 июля 2001 г.). «Определение уровня β-2-микроглобулина в плазме с использованием высокопроизводительной масс-спектрометрической системы иммуноанализа». Аналитическая химия . 73 (14): 3294–3299. дои : 10.1021/ac010143j . ISSN 0003-2700 . ПМИД 11476228 .
- ^ Перейти обратно: а б с Нидеркофлер, Эрик Э.; Таббс, Кеммонс А.; Кирнан, Урбан А.; Недельков, Добрин; Нельсон, Рэндалл В. (1 марта 2003 г.). «Новые масс-спектрометрические иммуноанализы для быстрой структурной характеристики аполипопротеинов плазмы» . Журнал исследований липидов . 44 (3): 630–639. дои : 10.1194/jlr.d200034-jlr200 . ISSN 0022-2275 . ПМИД 12562854 .
- ^ Перейти обратно: а б Таббс, Кеммонс А.; Недельков, Добрин; Нельсон, Рэндалл В. (2001). «Обнаружение и количественная оценка β-2-микроглобулина с использованием масс-спектрометрического иммуноанализа». Аналитическая биохимия . 289 (1): 26–35. дои : 10.1006/abio.2000.4921 . ПМИД 11161291 .
- ^ Нельсон, Рэндалл В.; Борхес, Чад Р. (1 июня 2011 г.). «Возвращение к масс-спектрометрическому иммуноанализу» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 22 (6): 960–968. Бибкод : 2011JASMS..22..960N . дои : 10.1007/s13361-011-0094-z . ISSN 1044-0305 . ПМЦ 3761394 . ПМИД 21953037 .
- ^ Патент США 4022876A.
- ^ «Термо Фишер Сайентифик» . youtube.com .
- ^ Перейти обратно: а б «Thermo Scientific масс-спектрометрический иммуноанализ» (PDF) . ТермоФишер . 2014 . Проверено 5 апреля 2018 г.
- ^ Нельсон, Рэндалл В.; Недельков, Добрин; Таббс, Кеммонс А.; Кирнан, Урбан А. (1 августа 2004 г.). «Количественный масс-спектрометрический иммуноанализ инсулиноподобного фактора роста 1». Журнал исследований протеома . 3 (4): 851–855. дои : 10.1021/pr0499388 . ISSN 1535-3893 . ПМИД 15359740 .
- ^ Крастинс, Брайан; Пракаш, Амол; Саррачино, Дэвид А.; Недельков, Добрин; Нидеркофлер, Эрик Э.; Кирнан, Урбан А.; Нельсон, Рэндалл; Фогельсанг, Марианн С.; Вадали, Гури (2013). «Быстрая разработка чувствительных, высокопроизводительных, количественных и высокоселективных масс-спектрометрических целевых иммуноанализов для клинически важных белков в плазме и сыворотке человека» . Клиническая биохимия . 46 (6): 399–410. doi : 10.1016/j.clinbiochem.2012.12.019 . ПМЦ 3779129 . ПМИД 23313081 .