CN111094978A - 免疫比浊法测定钙结合蛋白s100家族成员的方法 - Google Patents
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Abstract
基于单克隆抗体利用颗粒增强免疫比浊法(PETIA)测定生物样品中的钙卫蛋白(S100A8/A)异二聚体的存在的方法。该方法可以适用于自动标准分析仪,为临床检测粪便样品和提取物中钙卫蛋白提供了可靠的方法。该方法与商业双位点夹心ELISA法具有可比性。本发明的方法计算由钙离子与低分子量钙结合S100蛋白引起的自发凝集,如用常规PETIA所观察到的自发凝集。本方法可用于测定在粪便、尿液、血清、血浆、滑液和其他体液中的人钙卫蛋白的存在。尽管使用了不同的测量原理,但已证明与常规免疫分析(ELISA)间的计量学溯源性和高度互换性。
Description
技术领域
本申请涉及用于定量测定体液和粪便中的钙结合蛋白S100家族成员的比浊法和检测系统。该检测试剂盒包含抗体、缓冲液以及用于诊断急性和慢性炎症疾病和病况的部件试剂盒。
背景技术
术语“钙卫蛋白(calprotectin)”包括相对分子量为36500道尔顿以及等电点为pH值6.3和6.5的两种粒细胞蛋白(US 4,833,074;Fagerhol et al.,Scand.J.Haematol.24,393-398(1980).Fagerhol et al.,Bull.Europ.Physiopath.Resp.16(suppl),273-281(1980)。别称包括低分子量S100A8和S100A9钙结合蛋白、髓系相关蛋白8(MRP8)、髓系相关蛋白14(MRP14)、转移抑制因子相关蛋白8/14(MRP8-MRP14)、S100a/b、钙粒蛋白A/B、囊性纤维化抗原(CFA)、人白细胞蛋白、白细胞L1蛋白复合物、60BB抗原和27E10抗原。钙卫蛋白已证实是中性粒细胞活化的标志物,因其在体液和材料中的浓度表征白细胞的周转和它们在组织中的浸润。因此,它已成为临床化学中广泛应用于感染、急性和慢性炎症及其他疾病的生物标志物。钙卫蛋白的测定可用于将细菌感染区分于其他原因,也可用于非感染性全身炎症的诊断(Striz,I&Trebichavsky,Calprotectin-a pleiotropic molecule in acuteand chronic inflammation,Physiological research/Academia ScientiarumBohemoslovaca(2004)53(3):245-53;Nilsen T et al,A new turbidimetricimmunoassay for serum calprotectin for fully automatized clinical analysers,Journal of Inflammation(2015)12:45;Johne B et al,Functional and clinicalaspects of the myelomonocyte protein calprotectin,Mol.Pathol.1997;50:113-23;Nielsen T et al,Serum calprotectin levels in elderly males and femaleswithout bacterial or viral infections,Clin.Biochem2014;47(12):1065-8)。钙卫蛋白还进一步被提出是无症状受试者在出现心血管疾病(CVD)症状之前CVD的潜在标志物(参见EP 1 573 335B1)。
然而,除异二聚体外,不同的S100单体和多聚体的同时存在还会使生物样品(血液、血清、滑液等)和材料(粪便)中的钙卫蛋白的免疫测定变得复杂。S100A8/A9蛋白的Ca2+和Zn2+结合性能进一步对它们的构象和寡聚具有关键影响。S100A8和S100A9倾向于在钙或锌离子存在下形成四聚体,而在缺乏钙时,异二聚体似乎是最普遍的形式(参见GrabarekZ,Structural basis for diversity of the EF-hand calcium-binding proteins,JMol Biol(2006),359:509-25)。将纯化S100A8和S100A9混合不会自动产生带有如粒细胞分泌的异二聚体的性能的钙卫蛋白。突变S100A8和S100A9的实验表明,S100A8和S100A9的同源和异源寡聚在功能和诊断上也具有相关性。
钙卫蛋白在骨髓分化的不同阶段,在循环的中性粒细胞和单核细胞中在体内表达,而不在正常组织巨噬细胞和淋巴细胞中表达,在许多类型的癌症中表达上调,包括胃癌、食管癌、结肠癌、胰腺癌、膀胱癌、卵巢癌、甲状腺癌、乳腺癌和皮肤癌,神经退行性病变以及炎症和自身免疫性疾病和病症。慢性炎症(例如牛皮癣)导致其在表皮中的表达。人们发现钙卫蛋白以高浓度存在于炎症局部部位以及炎性疾病、类风湿关节炎、囊性纤维化、炎性肠病、克罗恩病、巨细胞动脉炎、干燥综合征、系统性红斑狼疮和进行性全身硬化症患者的血清(血液)和粪便中。钙卫蛋白也参与了老年前列腺癌淀粉样蛋白的形成和沉积,称为淀粉样体包涵体。
许多作用归因于钙卫蛋白。它可以通过MAPK依赖机制促进中性粒细胞的吞噬和/或脱粒来诱导中性粒细胞趋化和增加杀菌活性(Simard J.C.et al,Induction ofneutrophil degranulation by S100A9 via a MAPK-dependent mechanism,J LeukocBiol.(2010)87(5):905-14)。抗菌性,氧化剂清除和凋亡诱导活性以及促炎活性(如白细胞募集)进一步归因于钙卫蛋白,它似乎是自身免疫中炎症的放大器,以及通过与模式识别受体结合(例如Toll样受体4(TLR4)和高度糖基化终产物受体(AGER))的天然免疫细胞的刺激剂。其他活动包括促进细胞因子和趋化因子的产生以及调节白细胞粘附和迁移。与TLR4和AGER的结合激活了MAP激酶和NF-kappa-B信号通路,从而导致促炎级联反应的放大。对细菌和真菌的抗菌活性可能是由于与Zn2+和Mn2+离子的结合,而Zn2+和Mn2+离子为微生物生长所必需。钙卫蛋白还发现转亚硝化酶活性,并认为iNOS-S100A8/A9转亚硝化酶复合物可指导包含[IL]-x-C-x-x-[DE]基序的靶点的选择性炎症刺激依赖性S亚硝化反应。钙卫蛋白可以进一步作为警报或危险相关分子模式(DAMP)分子。
如果结果将用于解释诊断目的和患者护理,尤其是监测生物制剂对急性和慢性炎症性疾病的治疗,那么对生物样品和材料中的钙卫蛋白进行真实且精确的测量是至关重要的。特别是,如果要应用常见的诊断测定值和临床研究结果,结果必须具有可比性。考虑到钙卫蛋白可变的寡聚状态,计量问题可以分为测量值的溯源性、测量不确定性和可代替性。因为测量是临床实验室的核心活动,当无法实现溯源性时,必须通过其他方法实现结果的可比性。其目的是使患者的结果可追溯到最高可用的参考值,以提高诊断结果的质量。
测量钙卫蛋白的常规方法需使用多克隆抗体,无论是游离形式还是固相结合(参见WO2012/175616、WO2013/132347、WO2014/037588、US20170108507)。然而通过免疫分析(例如通过酶联免疫吸附试验-ELISA)或使用UV/VIS、缩二脲、布拉德福德(Bradford)或考马斯蓝在加标样品溶液中纯化钙卫蛋白的平行测定都没有给出了标准问题的结论性答案,因为钙卫蛋白可以采取二聚体(S100A8/A9)、四聚体(S100A8/A9)2的形式或甚至寡聚体(T.Vogl et al,Poster:Towards a Reference Material for the Standardization ofCalprotectin(S100A8/Ag;MRP8/14)Immunoassay,presented at FOCUS(Association forClinical Biochemistry and Laboratory Medicine),May 3-5.2017,Leeds,UK)。由于重组蛋白不能再寡聚化,建议使用在高或低亲和钙结合区具有至少一个突变的突变S100A8和S100A9蛋白(WO 2016/116881)。
免疫比浊法具有操作简便、自动分析的优点。在颗粒增强免疫比浊法(PETIA)中,靶向特异抗体与颗粒(“致敏颗粒”)结合,从而抗体抗原反应导致颗粒凝集,可通过光谱法测定(参见EP 0 061 857;EP1 205 755 B1;及其参考文献)。当目标抗原被两种或多种抗体识别,与两种或多种乳胶颗粒连接时,一种颗粒试剂就足够了(Methods in Enzymology(1981)74,106-139,Academic Press,New York;EP 1 739 430 B1;EP1 573 335 B1)。颗粒试剂和样品之间的非特异反应也可能导致凝集和浊度增加(参见JP 1 1023 573 A、JP 58144 748 A、EP 1 205 755 B1)。如果使用多克隆抗体与颗粒试剂结合或从复合或组合材料如粪便中提取目标物,安全性和完全抑制非特异反应尤其代表问题(参见EP 0 038 181B1)。当测量人体材料和样品(例如从个别患者中或通过凝集方法获得的)中内源性钙卫蛋白的含量时,使用突变的钙卫蛋白标准品(mutS 00A8/A9)几乎没有用处。目前,钙卫蛋白采用颗粒增强免疫比浊法(PETIA)在生物样品中进行测定,其中固定化多克隆抗体与钙卫蛋白上的多个表位结合,使得任何类型的S100蛋白都可能导致凝集,无论其是否处于粒细胞分泌的寡聚状态。这将导致非诊断临界值、测量不确定性和损害可代替性,特别是多克隆抗血清倾向于产生非特异性凝集。
基于单克隆抗体的ELISA和基于使用多克隆抗体凝集的PETIA在方法比较中观察到的扩散以及诊断临界值的不可代替性是值得关注的进一步原因。虽然单克隆抗体更容易标准化,并允许在整个产品生命周期内对规定的标准进行质量控制,但存在获得凝集反应、测量灵敏度和粒细胞分泌钙卫蛋白的特异性等综合问题。因此,现有技术中,测定生物样品和材料中的钙卫蛋白是一个问题。
发明内容
实现对这些问题的解决方法是通过如权利要求1所述的体外方法。在从属权利要求1到14中定义了该方法的优选实施例。本发明的另一个方面涉及一种试剂盒,例如用于比浊法或浊度免疫分析法(nephelometric immunoassay)的试剂盒,包含如权利要求15所述的两种反应组分。
因此,本发明的一个目的是提供测定患者生物样品中的钙卫蛋白的存在的体外方法,其包含以下步骤:a)收集预定量的所述生物样品;b)在预定量的水性有机缓冲液中溶解和提取所述生物样品,所述水性有机缓冲液具有i)pH值介于5.0和6.0之间,ii)渗透压至少为150mosmol/kg·H2O,iii)0.01至0.1%(按重量计)的阴离子表面活性剂,iv)其中所述有机缓冲液分子可与钙和锌离子配位,以及iv)和,任选地,均质化和提取所述生物样品材料,然后去除任何颗粒物质以获得具有定义溶解的由粒细胞(具有完整溶酶体室)分泌的钙卫蛋白(S100A8/A9)的样品溶液;c)将定义量的步骤(b)的所述样品溶液与一定量的试剂混合,得到包含特异结合S100A8和S100A9中的任一种或钙卫蛋白(S100A8/A9)的固定化单克隆抗体或其片段的纳米颗粒的混合物,以及与钙卫蛋白(S100A8/A9)的颗粒结合抗体抗原反应;d)将步骤c)的混合物孵育一段时间;和e)获取混合物的光学性质并基于混合物的光学性质确定指示钙卫蛋白(S100A8/A9)含量的信号;f)将所述含量与校准对照品相关联,并基于测得的所述生物样品中存在的钙卫蛋白(S100A8/A9)评估所述患者的临床状况。如果如上文所述测定钙卫蛋白,则该含量在计量学上可追溯至从具有完整溶酶体室的粒细胞分泌的钙卫蛋白标准品的测量。由于S100家族钙结合蛋白的结构、数量和浓度不同,用多克隆单特异性抗体测定钙卫蛋白的初步方法也不同。
获取光学性质的步骤包含测定吸光度、透射率、反射率、光散射、荧光或闪烁值。比浊法或浊度测定是优选的,并且最优选的是颗粒增强免疫比浊法(PETIA),其中步骤b)和c)包含使用两种试剂组分。
纳米颗粒的直径优选在150至350nm之间以提高灵敏度。更优选的是PETIA,其中抗体与具有均匀直径的两种类型的颗粒结合,其直径范围为i)150至200nm和ii)250至350nm以增大测量范围。所述纳米颗粒可由羧化聚苯乙烯或氯甲基活化的聚苯乙烯构成。
颗粒结合抗体抗原反应优选在pH值介于5.0和6.0之间且包含阴离子表面活性剂或十二烷基硫酸钠和Ca2+配位缓冲液分子的混合物中进行。
生物样本可以是粪便,或者更准确地,粪便提取物,因为粪便钙卫蛋白的测定已经成为炎性肠病实验室工作的组成部分。监测粪便中的炎症参数和中性粒细胞活性标志物(如钙卫蛋白)有助于在确定病情缓解后早期识别复发性疾病发作。其他优选的生物样本是血液、血清或血浆和尿液,例如用于诊断和鉴别肾前和肾内肾脏疾病或心血管系统的其他炎性疾病。
缓冲液组合物优选地由至少一种盐组成,所述盐选自包含以下项的组:多羧酸、三羧酸、乌头酸、丙三羧酸(tricarballylic acids)、二羧酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸(pimelinic acid)、α-羟基羧酸、β-α-羟基羧酸和γ-羟基羧酸、羟基二羧酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、葡萄糖酸、5-酮葡萄糖酸、2-酮葡萄糖酸、二羟基马来酸、马来酸、富马酸、氨基三乙酸(nitrilotriacetic acid)、乳酸和/或抗坏血酸。步骤b)的钙螯合缓冲液优选地包含柠檬酸盐、乙酸盐或马来酸盐中的至少一种盐、蛋白酶处理血清白蛋白和0.01至0.1%(按重量计)的阴离子表面活性剂。反应组分中加入或含有非特异性IgM抗血清可能是启动和加速凝集反应的必要条件。
本发明另一个目的是提供一种检测试剂盒,用于通过上述的颗粒增强免疫比浊法测定生物样品中的钙卫蛋白的存在。该检测试剂盒可包含:
第一试剂组分,包含:
-20至1000mmol/L有机缓冲液,其pH值介于5.0至6.0之间;
-50至300mmol/L钠盐、钾盐或锂盐;
-0.1至1.5%蛋白酶处理血清白蛋白;
-0.01至0.1%(w/v)十二烷基硫酸钠,和
任选地,β-醛糖、丙糖、丁糖、戊糖、己糖、聚葡萄糖(glucan)、葡聚糖(dextran)和/或白糖,以达到至少200mmosM/L的渗透压;以及
第二试剂组分,包含
-0.01-0.5%(w/v)直径为150至350nm的乳胶颗粒,携带有能结合S100A8和S100A9中任一种或钙卫蛋白(S100A8/A9)的固定化单克隆抗体。
用于螯合钙和锌离子的所述反应组分中的缓冲试剂可以包含至少一种有机酸的盐,选自由以下项组成的组:多羧酸、三羧酸、乌头酸、丙三羧酸、二羧酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、α-羟基羧酸、β-羟基羧酸和γ-羟基羧酸、羟基二羧酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、葡萄糖酸、5-酮葡萄糖酸、2-酮葡萄糖酸、二羟基马来酸、马来酸、富马酸、氨基三乙酸、乳酸、抗坏血酸。这类有机酸在水中能与钙和锌离子配位,特别是与钙和锌离子结合使用时。
虽然不希望受任何理论的束缚,但5.0和6.0的酸性pH值以及缓冲试剂的钙离子配位似乎为中性粒细胞中存在的钙卫蛋白创造了特定条件,其中S100A8和S100A9蛋白质的pKI分别为6.3和6.5,并且通过双齿、单齿和假桥接与钙强力结合。可能需要少量阴离子表面活性剂(如十二烷基硫酸钠)的存在,以保持蛋白质在溶液中而不抑制颗粒结合抗体与目标物之间的反应。所述缓冲液组合物的pH值和渗透压类似于钙卫蛋白存在于粒细胞中的细胞环境。粒细胞的内部pH值在5.0至6.0之间,钙离子浓度比环境低100至1000倍。
本发明的一个优选方面包括具有两种通过比浊法支持测定的反应组分的试剂盒。这可能是颗粒增强免疫比浊法(PETIA),其包含支持步骤b)和c)的两种试剂组分。最优选的实施例涉及粪便钙卫蛋白的测定,以及用于将定义量的粪便转移到缓冲液中以从粪便基质中稀释和提取钙卫蛋白的装置,例如,如DE10 2012 109 457 B4、DE10 2008 057 866 B4、US5,246,669 A、JP-H10-300 642 A、DE10 2007 07 760 B3中所公开的装置。
进一步的目的、特征和优点将从附图的考虑和随后对仅用于说明而非限定的代表性实例的描述中变得显而易见,因为本领域技术人员还将考虑对其进行潜在的修改。本发明的范围在权利要求书中作了限定。
附图说明
在附图中:
图1是使用共价结合到直径为180nm的乳胶颗粒的单克隆鼠抗钙卫蛋白(S100 A8/A9)抗体的免疫比浊法的校准曲线图;
图2示出了用鼠抗钙卫蛋白单克隆抗体进行比浊法试验的校准曲线和免疫分析的前带限制;
图3是显出了用于测定来自具有完整酸性室的粒细胞的标准钙卫蛋白的免疫比浊法和常规ELISA法的相关性的图,免疫比浊法用一种单克隆抗体进行测定,常规ELISA法用两种单克隆抗体作为捕获和检测抗体;
图4是显出了用于测定从具有完整溶酶体膜的粒细胞中分离的标准钙卫蛋白的比浊法与常规ELISA法的相关性的图,比浊法用两种单克隆抗体进行测定。
图5是显出了根据本发明用两种单克隆抗体和一种单克隆抗体来测定钙卫蛋白的比浊法的测量相关性的图。
图6是显出了所述测量相关性的图,使用两种不同大小的颗粒和用于测定钙卫蛋白的常规ELISA法。
具体实施方式
在过去,很难在粪便中建立钙卫蛋白的特异诊断阈值,并且由于不同的提取方法和缓冲液在不同的商业分析之间存在着显著的分析间差异(Sipponen T,Kolho KL.Faecalcalprotectin in children with clinically quiescent inflammatory boweldisease.Scand J Gastroenterol.2010,45:872-877;Gisbert JP,Bermejo F,Perez-Calle JL,et al.Fecal calprotectin and lactoferrin for the prediction ofinflammatory bowel disease relapse.Inflamm Bowel Dis.2009,15:1190-1198;Walkiewicz D,Werlin SL,Fish D,et al.Fecal calprotectin is useful inpredicting disease relapse in pediatric inflammatory bowel disease.InflammBowel Dis.2008,14:669-673;D'Inca R,Dal Pont E,Di Leo V,et al.Can calprotectinpredict relapse risk in inflammatory bowel disease?Am J Gastroenterol.2008103:2007-2014Tibbie JA,Sigthorsson G,Bridger S,et al.Surrogate markers ofintestinal inflammation are predictive of relapse in patients withinflammatory bowel disease.Gastroenterology.2000;119:15-22)。所述方法提供的优点是,提取和测量缓冲液提供的环境类似于在破坏粒细胞但保持完整溶酶体膜和酸性室时发现的环境。换句话说,这种环境在生理上类似于粒细胞释放其生理性钙卫蛋白的环境。
步骤b)中使用的缓冲液可以包含柠檬酸盐、乙酸盐或马来酸盐中的至少一种盐、蛋白酶处理血清白蛋白和0.01至0.1%(按重量计)的一种或多种阴离子表面活性剂。为了改善和加速凝集反应,一种或多种反应组分可进一步包含促进凝集的试剂,例如非特异性IgM、类风湿因子(RF)。虽然RF可以作为IgG、IgM、IgA和IgE同型存在,但优选IgM类RF用于钙卫蛋白的临床测量。
第二试剂组分可包含一种或多种固定在纳米颗粒上的单克隆抗钙卫蛋白抗体。为了整体体安全的原因,优选至少两种不同的单克隆抗体。如果只使用一种特异性单克隆抗体,总会有非典型免疫反应和错误诊断结果的风险,通过使用第二种特异性抗钙卫蛋白单克隆抗体可以减轻这种风险。此外,由于两种特异性抗体具有不同的表位和结合决定簇,凝集反应更为安全。
为提高灵敏度,纳米颗粒的直径为150至350nm。优选直径均匀的纳米颗粒。为增大测量范围,优选使用固定在两种颗粒上的单克隆抗钙卫蛋白抗体,这两种颗粒的直径介于i)150至200nm之间和介于ii)250至350nm之间。所述单或多粒径颗粒可以是羧化聚苯乙烯或氯甲基活化的聚苯乙烯颗粒。
另一个方面涉及两种试剂组分的试剂盒,其用于通过颗粒增强免疫比浊法测定体液或样品中的钙卫蛋白。第一试剂组分是如上所述的提取缓冲液和/或包含:20至1000mmol/L如上所述的缓冲试剂的盐,其pH值介于5.0至6.0之间;50至300mmol/L钠离子、钾离子或锂离子;0.1至1.5%蛋白酶处理血清白蛋白;0.01至0.1%(w/v)阴离子洗涤剂,优选十二烷基硫酸钠,以及任选的β-醛糖、丙糖、丁糖、戊糖、己糖、聚葡萄糖、葡聚糖和/或白糖,以达到至少200mosmos/L的渗透压。第二试剂组分可包含0.01至0.5%(w/v)直径为150至350nm的乳胶颗粒,携带有抗人钙卫蛋白的固定化单克隆抗体,该固定化单克隆抗体在pH值介于5.0至6.0时能结合S100A8和S100A9中任一种或钙卫蛋白(S100A8/A9)。
测定患者生物样品中的钙卫蛋白的存在的方法,包含以下步骤:(a)收集预定量的所述生物样品,所述生物样本可以是粪便、血清或滑液;b)在预定量的有机缓冲液中溶解和提取所述生物样品,所述有机缓冲液具有i)pH值介于5.0和6.0之间,ii)渗透压至少为150mmosM/kg·H2O,iii)有机酸能够与锌和钙离子配位或螯合,以及iv)0.01至0.1%(按重量计)的阴离子表面活性剂和,可选地,均质化和提取所述生物样品材料,然后去除任何颗粒物质以获得含有钙卫蛋白(S100A8/A9)的样品溶液;c)将定义量的步骤(b)的所述样品溶液与一定量的含颗粒试剂混合,以形成混合物,该混合物具有i)pH值介于5.0和6.0之间,ii)渗透压至少为150mmosM/kg·H2O,iii)螯合钙和锌离子的有机盐和酸,以及iv)包含直径至少为150至350nm的纳米颗粒,并在其上将单克隆抗体或其片段固定化,所述单克隆抗体或其片段特异性结合S100A8和S100A9蛋白中的任一种或钙卫蛋白(S100A8/A9);d)将步骤c)的混合物孵育第一时间段;以及e)获取所述混合物的光学性质并基于所述混合物的光学性质确定指示钙卫蛋白(S100As/A9)含量的信号;f)将所述含量与相同缓冲溶液中的钙卫蛋白校准对照品相关联,并基于测得的所述生物样品中存在的钙卫蛋白(S100A8/A9)来评估所述患者的临床状况。
另一方面涉及一组用于自动分析的免疫乳胶浊度测定试剂以及这些试剂的用途。所述实施例可以是一个双试剂系统,由第一试剂组分和第二试剂组分组成,第一试剂组分含有用于稳定步骤b)的所述样品溶液中的钙卫蛋白二聚体形式的缓冲液,第二试剂组分含有携带有固定化的一种或多种抗S100A8和S100A9或钙卫蛋白(S100A8/A9)的单克隆抗体的颗粒。所述方法可以包括可选在去除任何存在的固体材料之后,将生物样品的提取物转移或稀释到第一试剂组分中。第一试剂组分可包括蛋白酶处理的牛或人血清白蛋白,优选的含量为0.1%至1.5%,在pH值在5.0至6.0范围内且包含螯合钙和锌离子的有机缓冲试剂的有机缓冲液系统。
如前所述,所使用的纳米颗粒可以是直径范围为150至350nm、优选为150至200nm的羧化聚苯乙烯颗粒。在最优选的实施例中,所述羧化聚苯乙烯纳米颗粒的直径范围为160至180nm。在最优选的实施方案中,纳米颗粒具有基本相同的尺寸,优选直径范围为160至180nm。这种颗粒尺寸允许增强抗体分子的呈现,并将在抗原过量条件下测定的误差最小化。由于这种纳米颗粒具有较大的抗原相互作用表面,因此需要较少的抗体包被颗粒,并且抗体-抗原反应变得与通常更快的表面介导的免疫反应相当。为了使用免疫吸附分析(例如ELISA)更好地对先前钙卫蛋白的测量值进行计量溯源,并且为了互换性,这种大颗粒也是优选的。当抗体-抗原反应在液体中是3D而不依赖于表面时,不能实现溯源性、确定性和互换性。因此,作者认为使用比通常更大的粒子可以提高结果的计量溯源性。必须实现结果可比性,结果可比性代表临床实验室的核心活动。
适合所述单克隆抗体和基本为异二聚钙卫蛋白之间的特异二维反应的纳米颗尺寸粒是优选,并且在所需较少抗体的情况下进行优化。空间效应促进颗粒增强的免疫反应,而似乎减少钙卫蛋白结构的影响。在给定的粒径范围内,颗粒尺寸的增大与较高的自发浊度无关。
在一个优选实施例中,所述纳米颗粒可具有两种不同尺寸,其直径为i)250至350nm和ii)160至250nm。不同尺寸的免疫敏化颗粒的结合,应进一步提高准确度和测量范围。
钙卫蛋白由粒细胞(白血球的一个亚群)表达,在其释放或分泌之前储存在细胞质颗粒中,可能是内质网和跨高尔基网的某些部分,但这仍在研究中。然而,粒细胞因其细胞质中呈现颗粒而得名。因为粒细胞的细胞核形状各异,也被称为多形核白细胞。术语多形核白细胞通常是指“中性粒细胞”,约占粒细胞的95%。其他粒细胞分为嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和肥大细胞,其数量较少。粒细胞是通过骨髓中粒细胞生成而产生的,在循环中维持6小时左右发挥其生物学功能。细胞胞液中的钙离子水平保持相对恒定,细胞内的钙离子水平比细胞外低100,000倍。众所周知,细胞内钙离子的增加会引起重要的细胞变化,因此钙离子和细胞内钙水平被称为第二信使。严格控制细胞内钙离子水平对粒细胞及其钙结合蛋白(如钙卫蛋白)的功能至关重要。因此,严格控制钙卫蛋白结合钙的环境对于钙卫蛋白的功能和结构以及对于体液(血清、滑液等)和生物材料(如组织和粪便)中的生物学有效钙卫蛋白的可重复测定至关重要。
另一方面,如果存在钙,在洗涤剂配方中使用磷酸盐,例如三聚磷酸钠(STP),则可能导致沉淀。在低pH下,S100A8和S100A9是强钙结合剂,在pH 6.3和pH 6.5具有等电点。因此,这些蛋白质已经结合了钙离子,并且生物样品(血清、粪便、滑液等)中任何额外的钙都可能干扰其定量测定。虽然不希望受到理论的束缚,但通过改变pH值至等电点以下(更准确地说,pH值低于6.0)似乎有利于抑制额外的钙结合和寡聚,并且需要使用温和的螯合剂来避免钙沉淀。这可以通过使用柠檬酸盐、马来酸盐或苹果酸缓冲液来实现。或者,可以添加丙烯酸盐和马来酸盐的聚合物和共聚物来抑制沉淀和钙离子诱导的凝集,钙的络合作用取决于溶液的pH值。在柠檬酸的情况下,当三个羧基的总去质子化是有效的时,在pH值高于6.5时游离钙的浓度保持低微和恒定。在苹果酸和乳酸的情况下,并且pH值高于后者的去质子常数时,游离钙浓度更为重要且波动较大。研究了几种含有缩醛功能的聚羧酸,并比较了它们的钙螯合性能。氧化糖类对钙的螯合作用一般小于相应的醚类聚羧酸盐。
当测定粪便中的钙卫蛋白时,钙卫蛋白结合的钙量取决于胃肠道(GI)中的钙水平,并且在样品之间存在很大差异。大多数钙盐,比如补充剂和食品中的天然钙源,都具有pH依赖性溶解度。四种主要钙盐(水合草酸钙、四水柠檬酸钙、磷酸钙、甘油磷酸钙)的溶解度在不同情况下随pH值的增加而增加。由于任何游离钙都可能导致非典型四聚体或低分子量S100A8和S100A9钙结合蛋白低聚物的形成,因此低pH值对于提取和测量是优选的。
第二试剂组分可以是携带有固定化抗体的乳胶颗粒悬浮液。免疫乳胶比浊试剂的实施例可为第一试剂组分,其含有0.1至1.5%蛋白酶处理的人血清白蛋白、20至1000mmol/L柠檬酸缓冲液(pH 5.0)、50至300mmol/L氯化钠和0.1%(w/v)十二烷基硫酸钠。第二试剂组分可包含20至1000mmol/L柠檬酸盐缓冲液(pH 5.0);50至300mmol/L氯化钠和0.01至0.5%(w/v)直径为150至350nm的乳胶颗粒,其携带有结合S100A8和S100A9中的任一种或钙卫蛋白(S100A8/A9)异二聚体的固定化单克隆抗体。
该试剂组分对钙卫蛋白(S100A8/A9)具有较高的敏感性和特异性并提高了使用抗钙卫蛋白单克隆抗体((MRP 8/14,S100A8/A9),例如可以从Immundiagnostik AG,Bensheim,DE(Art.K6927,K6936)购买)的颗粒增强免疫比浊法的诊断可靠性。更准确地说,使用这种同质免疫分析的诊断结果与已建立的ELISA方法和护理点免疫层析试验具有可比性,甚至更精确。对于炎症的存在,可设置50微克/克粪便的诊断临界值。该颗粒增强免疫比浊法采用的是与现有技术相比固定在直径为150-350nm的大纳米颗粒上的抗钙卫蛋白异二聚体(S100A8/A9)的标准化单克隆抗体。
由于钙卫蛋白优选以异二聚体的形式存在于体液和粪便中,因凝集作用不能破坏复合物。似乎在150至350nm范围内的大纳米颗粒使凝集作用与动力学表面相关(“二维”),从而使浊度变得均匀,并且在计量学上可追溯到由标准ELISA测定的钙卫蛋白(S100A8/A9)浓度。因此,诊断结果和评估是可互换的,这对临床实验室工作至关重要。因此,可以使用已建立的诊断临界值。
总之,诊断结果可与使用单克隆抗体的已建立的ELISA的那些进行比较和交换,而免疫比浊法不仅仅是同质分析。样品中存在的钙卫蛋白(S100A8/A9)的含量可通过参考标准,测定样品的凝集性或不透明度/浊度来确定。因此,分析可在任何商用自动分析仪(如Hitachi或)中进行。鉴于所需抗体的数量,优选使用重组抗体和片段。
在从粪便中提取期间及之后,可通过提取和反应缓冲液中的Ca2+获得稳定的钙卫蛋白。然而,生物样本(血清、血液、滑液或粪便)包含内源性钙。优选使用缓冲液温和地螯合钙离子。粪便的钙卫蛋白(S100A8/A9)只有在结合钙离子时才受到蛋白酶的保护,而钙离子过量则导致形成四聚体和低聚物。似乎螯合钙的酸性缓冲液可以稳定和支持钙卫蛋白(S100A/A9)异二聚体。该稳定酸性缓冲液的pH值介于5.0至6.0之间,且高达0.5%(优选0.1%)的离子型和阴离子型表面活性剂。离子型表面活性剂可以是SDS和非离子型表面活性剂可以是20。在粒细胞的颗粒中也观察到pH值介于5.0-6.0之间,离子强度在150mosm/L以上,因此溶解和测定的条件与分泌颗粒的环境相似。
在下文中;对说明书中使用的一些术语作了进一步的解释和定义:
术语“人体样本或体液”描述人或动物的材料,包括血液、血清、血浆、粪便、尿液、唾液、排泄物、身体和组织液。人体样本也是用于诊断检查或评估和鉴定医疗状况的材料和样本的提取物。样品可以是液体或固体。如果是固体或半固体材料(粪便样品),则必须提取样品。可使用任何商业上的粪便样品提取试剂盒,例如预先填充IDK 的粪便样本预处理系统(SSPS)(Immundiagnostik AG,Bensheim,DE)或手动使用本文所述的第一试剂组分。执行比浊法必需的含量范围为5-20mg提取的粪便。用于研究肠道、肝脏、胆囊、胰腺或肾脏疾病时样品可以是尿液。用于研究心血管疾病时,样品可以是血液、血浆或血清。
校准品是已知分析物(钙卫蛋白)的浓度的(系列)溶液,同样要求其在实验室工作中具有准确的性能。为了解读信号强度,从而确定样品中分析物(钙卫蛋白)的存在或浓度,将人体样本的样品结果与校准品的系列稀释液获得的结果进行比较。
检测限是指在总误差符合精度要求的分析中能够可靠检测的分析物的最低含量。根据所述方法,合理地低于诊断粪便炎症的临界值(50微克钙卫蛋白/克粪便),可实现≤10微克钙卫蛋白/克粪便的检测限。
比浊法是测量溶液中悬浮颗粒的散射效应引起的透射光强度损失。已知波长(nm)的光通过含有颗粒溶液的比色皿,并由光电管收集。吸光量的测量值(mE)已给出。目前使用的比浊法有两种:直接免疫比浊法和颗粒增强免疫比浊法(PETIA)。在直接免疫比浊法中,抗体通过与其相应抗原的直接相互作用形成免疫复合物。颗粒增强免疫比浊法基于用抗体包被的纳米颗粒,在本申请中用两种鼠抗钙卫蛋白的单克隆抗体进行检测。当分析物以较低浓度存在时,颗粒增强免疫比浊法就开始作用,因为颗粒会放大信号并产生更高的灵敏度。
通常使用平均直径通常以纳米(nm)为单位的纳米颗粒。通过动态光散射(DLS)、光子相关谱法(PCS)或准弹性光散射(QELS)可以可靠地确定纳米颗粒的尺寸(直径)。已使用马尔文纳米粒度电位仪(Malvern Zetasizer Nano)(Malvern Panalaytic Ltd.,Malvern,GB)或Horiba SZ-100测量本文所述的直径,与给定平均值的高斯偏差小于10nm。由于纳米颗粒的表面与生物分子(HAS),且当然地与免疫球蛋白(Ig)和单克隆抗体结合,必须严格测定和控制直径。Ig-生物结合纳米颗粒(nanoparticle-lg-bioconjugate)的大比表面积比有利于免疫球蛋白与目标生物分子的相互作用。载抗体纳米颗粒的制备在本领域是众所周知的。抗体可以被颗粒上合适的涂层吸收,也可以通过桥接剂与其化学偶联。抗体也可以直接与乳胶颗粒本身的聚合物偶联。所述纳米颗粒在使用前可储存在包含脱水柠檬酸三钠(sodium citrate tribasic dehydrate)、牛血清白蛋白、吐温20、蔗糖、叠氮化钠的缓冲液(储存缓冲液)中。通过使用本发明的储存缓冲液,带有抗钙卫蛋白单克隆抗体的乳胶免疫颗粒在悬浮液中高度稳定,即在免疫分析之前,在2-8℃下长达12个月的时间内没有自发凝集,同时保持抗体的稳定性。
钙卫蛋白由粒细胞释放,并在释放前储存于细胞颗粒内,更准确地说,可能是反式高尔基体的腔室,而不是溶酶体。胞液和酸性区(pH 5.0至6.0)内的钙离子水平保持相对恒定,钙离子浓度比胞外低100000倍。严格控制细胞内钙离子水平对粒细胞和其他细胞的功能至关重要。严格控制可被钙卫蛋白结合的钙离子和pH值同样重要,不仅对于其功能,而且对于人体样本中钙卫蛋白的计量追溯测定也很重要。因此,必须使用在低pH值下结合的抗钙卫蛋白单克隆抗体。因此,在从样品材料中提取钙卫蛋白的过程中,以及在发生免疫反应和随后凝集的分析溶液中,需要稳定钙卫蛋白的可溶性形式。这可以通过添加0.5%,最好是0.1%的离子型和非离子型表面活性剂来实现。优选的阴离子型表面活性剂是SDS,而现有技术似乎主要用非离子型表面活性剂,例如20。用5.0至6.0间的pH值进行提取,在粒细胞的酸性区和颗粒中也观察到这一pH值。
为了减少非特异免疫反应,可将样品溶解在包含抗lgM抗血清的缓冲溶液中。抗lgM抗血清的存在可能有助于纠正免疫分析中IgM干扰的影响,从而无论样本来源如何,都能获得一致的结果。抗lgM抗血清可能含有内源性钙卫蛋白,因此每批抗lgM抗血清需要对IgM血清相关钙卫蛋白含量作最终校正。
本发明进一步考虑了用于钙卫蛋白定量测定的检测试剂盒。试剂盒可包含包被有至少一种抗钙卫蛋白单克隆抗体或其抗体片段的均匀纳米颗粒,在pH值介于5.0和6.0之间结合,其中所述纳米颗粒的直径范围为160到180nm。为了增加灵敏度和测量范围,该试剂盒可包含具有另一均匀直径的第二种均匀纳米颗粒。本发明还涉及定量检测粪便中钙卫蛋白的方法,包含以下步骤:a)用第一反应组分提取定义量的粪便以溶解钙卫蛋白并提供液体样品,第一反应组分的pH值为5.0至6.0,渗透压至少为150mosm/L;b)将所述液体样品与固定化至少一种抗钙卫蛋白(S100A8/A9)单克隆抗体的纳米颗粒接触,该抗体在pH值5.0至6.0下结合;以及c)通过比浊法评估样品中钙卫蛋白的含量,其中所述纳米颗粒的直径范围介于160至350nm之间。在一个优选实施方案中,所述纳米颗粒可以是羧化聚苯乙烯颗粒,并且为了灵敏度和检测范围,可以有两种类型的均一尺寸的纳米颗粒,其均匀直径在i)150至250nm的范围内和ii)250至350nm范围内。所述乳胶颗粒可以是有机高分子量材料的颗粒,例如聚苯乙烯、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物、苯乙烯-缩水甘油(甲基)丙烯酸酯共聚物或苯乙烯-苯乙烯-硫酸盐共聚物的乳胶颗粒。
这种试验和方法可适用于临床实验室的自动分析仪。由于使用了非特异性且仅与一个单一表位结合的单克隆抗体,该方法的特点是减少非特异性凝集。常规比浊试验采用鸟类多克隆抗体(抗MRP8/MRP14异二聚体的鸡IgY),在比浊试验中出现自发聚集。此外,现有技术中使用在生理pH下的反应缓冲液(pH 7.2的3-(N-吗啉基)丙烷磺酸(MOPS)缓冲液),其不干涉S100A9和S100A9蛋白质凝集为多个同型和异型异构体(Nilsen T et al,A newturbidimetric immunoassay for serum calprotectin for fully automized clinicalanalysers,J.Inflammation,2015,12:45)。当将钙卫蛋白稀释于生理pH 8R1:pH 7.2;R2,pH 8.1)的缓冲液中时同样观察到这一点,使用了相同鸟类多克隆抗体的Bühlmann蝾螺(turbo)使用了这种缓冲液。但是,比浊法的方法和反应测定了溶液中目标分子(络合物)的数量,而不是如用双缩脲法测定的蛋白质(氨基酸)的数量。因此,使用高pH值和多克隆抗体测定钙卫蛋白的常规比浊法不能给出计量可追踪的结果。常规方法之间结果的互换性只能通过校正因子(事后)来实现,而在临床实验室常规方法中不可用。此外,用不同批次的大量不同的钙卫蛋白抗原制备和纯化的抗体在不同批次间的变化也是至关重要的。
在本发明的一个实施例中,纳米颗粒可以是乳胶颗粒。在一个优选实施方案中,乳胶纳米颗粒为羧化聚苯乙烯颗粒,其粒径为150-250nm(250-350nm),表面电荷密度为40-60μC/cm2;表面电荷密度为150-250μΕq/g,固体含量为10.0(%);用0.05%叠氮化钠稳定。
本发明比浊法不需要专用分析仪器,因为它灵活地适用于普通光度分析仪。根据本发明,不再需要购买专用仪器或消耗品的额外费用。本方法便于全自动处理,无需费时进行样品缩分,从而允许更高的样品接收量和提高临床实验室效率。根据本发明,基于截止值(例如50微克钙卫蛋白/克粪便)的精确量化、计量溯源性、结果互换性和诊断鉴别是可行的。这就需要对病人进行治疗监测。自动化和标准化是适用的和优选的实施例,因为手动试验涉及用户和分析样品的高污染风险。
本申请的一个目的是提供基于抗人钙卫蛋白的哺乳动物单克隆抗体的颗粒增强免疫比浊法,该法避免了通常由鸟类抗体引起的测定灵敏度降低的缺点。另一个目的是提供可以独立于制造商的方式应用于任何标准化学分析仪的测定钙卫蛋白的分析方法。另一个方面是用于携带固定化抗体的乳胶颗粒的储存缓冲液,消除乳胶颗粒在储存时自发凝集和沉淀的自然倾向。所述反应缓冲液也可用作储存缓冲液。
白细胞计数和/或C反应蛋白(CRP)测定目前用于诊断需要抗生素治疗的细菌感染。据估计这类病例约40%被误分类为细菌感染和其他原因(XuS et al,Lipocalins asbiochemical markers of disease,Biochim Biophys Acto 2000,1482:298-307)。中性粒细胞活化标志物HNL/NGAL可以区分急性细菌感染和病毒感染,但由于其在人体样本中浓度非常低,因此它不是可行的标志物。本发明用于钙卫蛋白的分析方法反映了粒细胞的活化,并显示其在炎症条件下升高。然而人钙卫蛋白分子被描述为包含亚基S100A8(MRP8)和S100A9(MRP14)的24kDa的异二聚体,但关于钙卫蛋白在体内的实际结构上还没有一致意见,因为用比浊法测量需要定义的标准品和分子。作者认为,当钙存在时,发现钙卫蛋白可以作为异二聚体、异三聚体甚至异四聚体。钙卫蛋白是存在于中性粒细胞中的钙结合蛋白,可通过白细胞脱落、分泌活跃、细胞紊乱和细胞死亡而进入肠腔。在肠道炎症过程中,中性粒细胞迁移到肠粘膜并升高粪便钙卫蛋白水平。
粪便钙卫蛋白水平与克罗恩氏病和溃疡性结肠炎的疾病活动性的组织学和内镜评估相关。在炎性肠病(IBD)中,铟-111-标记的中性粒细胞的粪便排泄物被认为是疾病活动性的“黄金标准”。由于活动性炎性肠病(IBD)患者的粪便钙卫蛋白水平可能增加10倍,需要对粪便中升高的钙卫蛋白浓度进行可互换的测定。粪便钙卫蛋白也用于区分IBD和肠易激综合征。由于钙卫蛋白抗酶解,但只有结合钙时,才能在粪便中提取和测定。钙卫蛋白还可指示其他炎性胃肠道疾病,如结直肠癌、胃肠炎和食物不耐受,但其水平因个人年龄和日常生活而异。血清钙卫蛋白是诊断脓毒症和急性阑尾炎的重要炎症标志物。然而,没有钙卫蛋白的国际标准。因此,正在使用内部建立的校准标准以避免由于批次变化导致的不准确测定。这也导致制造商之间的标准水平不同,这取决于所选择的方法。
然而,所公开的钙卫蛋白测定方法提供了计量学可追踪的结果。因此,一个方面是用0-2000μg/ml的钙卫蛋白校准品样品对比浊法测定性能进行验证,这对于克服不同生物样品中钙卫蛋白含量的高可变性是必要的。大范围避免了过量运行或抗原过量问题,并且可以采用所述方法实现。
图1显示了鼠单克隆抗体包被乳胶颗粒的校准曲线。吸光度值(Y轴)对应于钙卫蛋白值(微克钙卫蛋白/g粪便,X轴)。结果证明了在0至2000μg/g范围内的连续表现。当样品中钙卫蛋白浓度高于2000μg/g粪便时,免疫分析的性能失去线性,如图2所示。
本发明的免疫颗粒包被有抗MRP8/MRP14钙卫蛋白的鼠单克隆抗体。虽然鸟类抗体与类风湿因子或人类抗鼠IgG抗体或人类补体系统的反应性较低(参见EP 1 573 335B1),这是导致错误测量的公知原因,而鸟类多克隆抗体的特异性低于哺乳动物单克隆抗体。因此,本发明另一个目的是提供基于高度特异性抗体、无非特异反应的缺点的钙卫蛋白比浊分析法。这可以通过本发明分析系统实现。
已有测定钙卫蛋白的灵敏方法。然而,已有的ELISA分析法的试验周转时间较长,并且比比浊分析法更费力。本发明提供了一种分析系统,其中样品一到达实验室后就可进行处理,以便及时诊断与钙卫蛋白水平升高相关的任何医疗状况。用36份粪便样品进行了比浊法适用性的测定,并参照标准ELISA法作对照。图3显示了用一种单克隆抗体包被的粒径进行的比浊法试验和用于测定钙卫蛋白的ELISA试验之间的相关性。根据制造商的说明使用装置Hitachi 912进行比浊法试验。统计分析显示了可互换的结果,从而证实了本发明用于测定粪便中钙卫蛋白方法的适用性(P/B回归Y=0.914*X-21.403;md(95)=212.169;n=36;r=0.9018,t=0.7693)。值得注意的是,相关系数r的范围是-1(0)至1。值为1表示X和Y之间的关系可完全由线性方程描述。值为0表示变量之间的非线性相关。
在进一步的实验中,用两种不同的抗钙卫蛋白单克隆抗体包被单一尺寸的乳胶颗粒,用36份粪便样品进行比浊法试验,测定结果参照标准ELISA试验作对照。图4显示了用一种和两种单克隆抗体进行的比浊法试验测量值与用于钙卫蛋白的相应ELISA的相关性。试验的统计分析结果显示使用一种抗体(图3)或两种抗体(图4)之间没有显著差异。使用两种抗体时检测灵敏度的轻微增加可能是由于抗体电荷增加而导致信号强度提高(P/B回归Y=1.063*X-22.849;md(95)=258.068;n=36;r=0.9023,t=0.7781)。
此外,用a)两种单克隆抗体和b)一种单克隆抗体(Immundiagnostik AG,Bensheim,DE的mAB号1062、1067、1068、1089)包被单一尺寸乳胶颗粒。提取39份粪便样品,并与任一条件下的乳胶颗粒进行孵育。根据本发明进行比浊法试验,在两种条件下均使用装置Hitachi912。图5显示了比浊法测定的相关性分析(P/B回归Y=1.151*X+0.0;md(95)=39.409;n=39;r=0.9989;t=0.9605)。如表1所示,补充实验产生了相似的统计值。
表1
测试了用包被有单一单克隆抗的两种不同大小(非均匀)的免疫颗粒在36份粪便样品中进行比浊法试验的性能,并参照标准ELISA试验作对照。根据制造商的说明,使用Hitachi 912进行比浊法试验。图6显示了比浊法试验的相关性分析。测试的统计学分析表明,结果是可互换的,从而证明了准确测定粪便中钙卫蛋白的方法(P/B回归Y=1.102*X-24.963;md(95)=289.067,n=36;r=0.9012;t=0.7847)。
对比浊法进行了进一步测试,用两种不同尺寸(非均匀)的乳胶颗粒进行了钙卫蛋白测量,并与用单一颗粒尺寸(均匀)的乳胶颗粒的测量进行了比较。在250nm和175nm的乳胶颗粒上分别包被上抗钙卫蛋白的单克隆抗体。根据制造商的说明使用Hitachi 912,使用浓度范围为0至2000μg/g的钙卫蛋白样品作为比浊法试验的标准品。如表2所示(mE(mA):mAbsorbance(毫吸光度)),与使用单一尺寸颗粒相比,用两种不同尺寸乳胶颗粒的试验性能致使测定灵敏度增加。因此,与使用单一尺寸颗粒相比,结合至少两种尺寸颗粒使用致使钙卫蛋白检测范围的改善。
乳胶纳米颗粒有自凝集的倾向。本发明公开的储存缓冲液可包含pH值为5.0的脱水柠檬酸三钠、牛血清白蛋白、1%SDS、蔗糖、叠氮化钠。本发明的储存缓冲液有助于提高乳胶免疫颗粒长期储存的稳定性。免疫颗粒稳定性揭示意味着降低了自发性乳胶颗粒凝集(浊度),因此第二反应组分在使用前可在2-8℃下储存长达12个月。储存缓冲液的颗粒在37℃下持续稳定数天。不仅减少了凝集反应,而且抗体稳定性可以得到扩展,从而使测量值与储存条件完全无关。
表2
表3示出了根据本发明的比浊法试验,使用包被有两种单克隆抗体的免疫颗粒在2-8℃下在储存1天和30天测得的吸光度值(mE)。免疫颗粒保存于i)2-8℃下30天,ii)37℃下3天,以及进一步在2-8℃下30天。考虑到单克隆抗体对温度敏感,这表明本发明的储存缓冲液有助于在不同水平上准确测定钙卫蛋白,即免疫颗粒凝集和颗粒结合抗体的稳定性。
表3
如果分析物在样品中超出一定浓度,就会抗体发生饱和,然后凝集性降低。凝集反应降低导致信号强度降低。这种效应被描述为“抗原过量”,可能导致错误的低值解释和错误的诊断判定。如前所述,过量的目标抗原不一定干扰比浊法测定,因为纳米颗粒通过其带电表面以最佳方式彼此分散和分离,从而使颗粒的整个表面不受抗原结合的影响。通过本发明的用于颗粒储存和测试反应的缓冲液,可提高抗体结合能力。
在一个优选实施例中,本发明的方法使用尺寸范围介于150至350nm之间的抗体包被纳米颗粒来实施。现有技术教导用于免疫比浊分析的纳米颗粒的直径可能不超过140nm,因为增大颗粒尺寸会与非特异凝集(尤其是乳胶颗粒)相关。然而,这一教导必须指定携带有较少特异性或交叉反应的多克隆抗体的颗粒。然而,本发明提出直径为150至350nm的纳米颗粒,并且大颗粒有助于准确测定。由于相互作用面积增加,实现了增强单克隆抗体与目标抗原(钙卫蛋白)之间的反应,因为反应是部分表面依赖性。重要的是,尺寸增加与更高程度的自发浊度无关。
然而在不干扰免疫反应的情况下,本领域没有可靠的方法来提高测量的灵敏度和加速悬浮乳胶颗粒的分散。本发明的方法通过使用包含柠檬酸钠(pH值为5.0至6.0)、150mMNaCl、牛血清白蛋白、20、蔗糖、叠氮化钠的缓冲液组合物(试验缓冲液或第一反应组分)来解决该问题。如果与第一反应组分R1混合,本发明的方法可与市售粪便提取缓冲液(例如IDKImmundiagnostik AG,Bensheim,DE)结合使用。为了进行比较,将0至2000μg/g不同浓度的钙卫蛋白校准品分别稀释于本发明公开的试验缓冲液和IDK缓冲液。用结合至乳胶颗粒的两种不同单克隆抗体进行免疫比浊分析。如表4所示,使用试验缓冲液(mA:m吸光度值)可实现检测灵敏度的明显增加,该缓冲液指向“更多可用目标分子”和形成更少多聚体。
为了进一步比较,分别使用本发明的试验缓冲液和市售Bühlmann提取缓冲液(Bühlmann fCal)提取了20份粪便样本,Bühlmann提取缓冲液的测量生理pH值为7.2(Bühlmann Laboratories AG,Basel,Switzerland)。根据制造商的说明,使用装置Hitachi912根据上文进行比浊法试验。任一情况下的吸光度值都是彼此相关的。统计学分析显示两种情况之间具有相关性(P/B回归Y=1.004*X-1.552;md(95)=30.37;n=20;r=0.9932;t=0.9524)。因此,本发明的试验缓冲液提供了至少与市售缓冲液一样优良的粪便钙卫蛋白提取效果,还提供了减少非特异免疫颗粒凝集的优点。
表4
粪便中含有约75%的水,剩余固体部分中84-93%是有机固体。这些有机固体由以下组分组成:25-54%细菌生物质,2-25%蛋白质或含氮物质,25%碳水化合物或未消化的植物物质和2-15%脂质。取决于饮食和体重,这些比例变化很大。剩下的固体由钙和铁磷酸盐、肠道分泌物、上皮细胞和粘液组成。人体样本成分,尤其是粪便中的身体样本成分,可能是影响免疫分析和PETIA灵敏度的干扰源。例如,这种干扰可能导致负吸光度值。通过本发明方法,减少了上述粪便样品成分的干扰。
免疫球蛋白M(IgM)是B细胞产生的基本抗体。IgM是人类循环系统中最大的抗体,也是最初接触抗原产生反应的第一抗体。IgM抗血清的存在可能有助于对抗与样本基质相关的干扰。然而,IgM抗血清可能含有内源性钙卫蛋白。建议对每批IgM抗血清进行分析。表5示出了在添加或不添加IgM抗血清的情况下,通过对钙卫蛋白校准品和稀释在试剂组分中的粪便样品进行比浊法测定得到的mE吸光度值。消除负吸光度值,实现了检测灵敏度和可靠性的提高。
表5
实施例
实施例1制备抗钙卫蛋白免疫颗粒
使用著名生产商,例如MERCK、Bangs Laboratories的乳胶颗粒。乳胶为羧化聚苯乙烯或氯甲基乳胶。乳胶颗粒具有以下参数:表面电荷密度为62μC/cm2;表面电荷密度为163μEq/g pol;固体含量为9.0%;用0.05%叠氮化钠稳定。通过共价连接纯化的鼠单克隆抗体(mAB 1062、1067、1069、1089,并结合在第一反应组分中)制备免疫颗粒,该抗体针对于来自具有完整溶酶体膜的粒细胞的纯化人钙卫蛋白。羧化聚苯乙烯颗粒的大小优选统一尺寸(175nm)。或者,将两种不同尺寸(160-175nm和250-275nm)的纳米颗粒包被上单一种单克隆抗体(见图6)。也可以用两种不同的单克隆抗体包被单一尺寸175nm的乳胶颗粒。
在使用前,将颗粒保存在包含柠檬酸钠(pH值为5.0至6.0)、50mM马来酸盐缓冲液(pH值为5.0)、150mM NaC、牛血清白蛋白、150mM蔗糖、叠氮化钠的储存缓冲液中,温度为2-8℃。
实施例2提取粪便样品
粪便样品提取方法如下。15mg粪便分别按1:100在1.5ml缓冲液中稀释。在空样品管中装入1.5ml试验缓冲液、50mM马来酸盐(pH值为5.0)、150mM NaCl、叠氮化钠、0.1%十二烷基硫酸钠、牛血清白蛋白,添加或不添加IgM抗血清。为了进行比较,还在室温下使用即用型IDK提取缓冲液(商品目录号(Cat.No.)K 6967)和Bühlmann fCal Turbotm提取缓冲液来提取样品。收集粪便样本并在2-8℃下保存48h。建议在-20℃下长期(长达12个月)保存。比浊法试验开始时,将冷冻样品缓慢解冻,最好在2-8℃下解冻。在某些情况下,将不均匀样品进行机械均质。对于样品收集,使用粪便样品应用系统(SAS)(商品目录号K6998SAS)。SAS试纸尖端上具有保存一定量原料的凹口,把SAS试纸插入粪便样本。试纸放回含有提取缓冲液的试管中。将尖端放回试管时,将多余的材料剥掉。然后将留在试纸上的15mg粪便样品稀释到提取缓冲液中。拧紧试管并充分摇动,直到凹口中没有留下粪便样品。需要10分钟使沉淀物沉降下来。确保沉淀物不再分散,将提取的样品按1:25在试验缓冲液中稀释。例如,将40μl提取的粪便样品加入960μl试验缓冲液中。
实施例3钙卫蛋白免疫比浊分析
根据制造商的说明,使用装置Roche Hitachi 912将上述任一提取缓冲液提取的样品用于进行比浊法测定。将10μl提取样品加入200μl试验缓冲液和50μl储存缓冲液中,其中柠檬酸钠(pH 5.0)、牛血清白蛋白、吐温20、蔗糖、叠氮化钠。自动分析仪将免疫颗粒与提取样品轻轻混合,同时在37℃下孵育5分钟。在轻轻摇动的同时,加入含有携带固定化单克隆抗体的颗粒的第二反应组分。在37℃下,凝集时间为5分钟,在此期间测定吸光度。重复进行测定。在570nm波长下读取获得吸光度值。
在pH=5.4的柠檬酸盐缓冲液中稀释市售纯化钙卫蛋白,范围为0至2000μg/g。(6个校准点)用于比浊法试验的校准。得到范围在30-2000μg/g的线性关系。
使用已知钙卫蛋白含量的粪便样本作为对照和试验样品。将含有钙卫蛋白的粪便样品按1:100在反应缓冲液中稀释,使得在1g粪便中钙卫蛋白的测量范围为0.1至20μg。考虑到稀释系数,实际测量范围可达2000μg/g。
参考范围1g粪便相当于1ml。健康成人的中值约为25μg钙卫蛋白/g粪便。钙卫蛋白浓度低于50μg/g的样品视为阴性。钙卫蛋白浓度在50μg/g粪便至100μg/g粪便之间的样品视为临界阳性。钙卫蛋白浓度高于100μg/g粪便的样品为阳性。
实施例4钙卫蛋白ELISA试验
选择钙卫蛋白(MRP8/14)与本发明的浊度测定方法进行比较。该试验利用双位点夹心技术,该技术使用两种与人钙卫蛋白结合的选定的单克隆抗体。将校准品、对照品和稀释的患者样品加入包被有抗人钙卫蛋白单克隆抗体的微孔板中。在第一孵育步骤期间,固定化抗体分子与样品中的钙卫蛋白结合。然后,将过氧化物酶标记的结合物加入到每个孔中,并形成复合物。四甲基联苯胺(TMB)用作过氧化物酶的底物。最后,加入酸性终止液终止反应。在钙卫蛋白存在下,颜色由蓝色变为黄色。
颜色强度与样品的钙卫蛋白浓度直接成正比。样品根据其光密度进行量化。每次测试都会运行使用钙卫蛋白校准品的主校准曲线。进行重复测试。立即用ELISA检测仪在450nm(以620nm(或690nm)为参比波长)下测定吸光度。另外,当最高标准的消光度超过分光光度计的范围时,在405nm(以620nm为参比波长)下测定吸光度。值得注意的是,颜色变化的强度对温度敏感。操作规程按照ELISA钙卫蛋白(MRP8/14)(Immundiagnostik AG,Bensheim,Germany)进行。
比较结果用Analyse-it for Excel分析软件(Analyse-It Software,Ltd,LeedsUK)进行评估。使用Passing Bablok回归拟合比浊法试验(和ELISA)的互换性分析。
总之,提供了钙卫蛋白免疫比浊测定法,特别是用于测定粪便材料或血清及其他体液和样品中的钙卫蛋白,该法基于中性粒细胞的酸性颗粒中存在的针对钙卫蛋白的哺乳动物单克隆抗体。这种单克隆抗体在低pH下用来抗钙卫蛋白亚基,并且在给定pH下结合这些亚基。需要对钙卫蛋白分析物进行特异性校准,因为该分析物在钙存在的情况下可以(自发)凝集并形成复杂的多聚体,会干扰比浊法测定。临床实验室工作要求测量结果的溯源性和互换性。本发明人发现所述小鼠单克隆抗体主要结合以异二聚体(S100A8/A9)形式存在的钙卫蛋白,并发现配位钙离子的有机缓冲液可以抑制多聚体的形成。存在表面活性剂是推荐的,并且最优选的是添加阴离子型表面活性剂,因为钙卫蛋白亚基的pI为6.1和6.3,并且免疫比浊反应在pH值低于6.0下进行,优选在pH值为5.0和6.0之间进行。反应组分的渗透压应大于150mosm/kg以进一步凝集。已针对使用单克隆和多克隆抗体(但在生理pH值下使用常规缓冲液)的不同常规免疫分析法,证明了结果的计量学溯源性和互换性。
Claims (15)
1.一种测定患者的生物样品中的钙卫蛋白的存在的体外方法,包含以下步骤:
a)收集预定量的所述生物样品;
b)在预定量的水性有机缓冲液中溶解和提取所述生物样品,所述水性有机缓冲液具有i)pH值介于5.0和6.0之间,ii)渗透压至少为150mosmol/kg·H2O,iii)0.01至0.1%(按重量计)的阴离子表面活性剂,iv)其中所述有机缓冲液与钙和锌离子配位和螯合,以及iv)和,任选地,均质化和提取所述生物样品材料,然后去除任何颗粒物质以获得具有溶解的基本上为异二聚钙卫蛋白(S100A8/A9)的样品溶液;
c)将定义量的步骤(b)的所述样品溶液与一定量的试剂混合以获得以定义的分子状态存在的钙卫蛋白(S100A8/A9)的颗粒结合抗体抗原反应,所述试剂包含固定化两种或多种单克隆抗体或其片段的纳米颗粒,所述单克隆抗体或其片段特异结合S100A8和S100A9中的任一种或钙卫蛋白(S100A8/A9);
d)将步骤c)的混合物孵育一段时间;和
e)获取混合物的光学性质并基于混合物的光学性质确定指示钙卫蛋白(S100A8/A9)含量的信号;
f)将所述含量与校准对照品相关联,并基于测得的所述生物样品中存在的钙卫蛋白(S100A8/A9)评估所述患者的临床状况。
2.根据权利要求1所述的钙卫蛋白测定方法,其测定量在计量学上可追溯至从具有完整溶酶体室的粒细胞中分离的并由多克隆单特异性抗体测定的钙卫蛋白标准品。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中获取光学性质的步骤e)中包含测定吸光度、透射率、反射率、光散射、荧光或闪烁值。
4.根据权利要求3所述的方法,其是比浊法或免疫比浊分析法。
5.根据权利要求4所述的方法,其是颗粒增强免疫比浊法(PETIA),其中步骤b)和c)包含使用两种试剂组分。
6.根据权利要求5所述的方法,包含使用直径为150至350nm的纳米颗粒以增加灵敏度。
7.根据权利要求6所述的方法,其中抗体与两种类型的颗粒结合,所述两种类型的颗粒具有均匀的直径,其范围为i)150-200nm和ii)250-350nm,以增大测量范围。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中所述颗粒为羧化聚苯乙烯或氯甲基活化的聚苯乙烯颗粒。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其中生物样品为粪便或粪便提取物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述缓冲液组合物由至少一种盐组成,所述盐选自包含以下项的组:多羧酸、三羧酸、乌头酸、丙三羧酸、二羧酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、α-羟基羧酸、β-羟基羧酸和γ-羟基羧酸、羟基二羧酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、葡萄糖酸、5-酮葡萄糖酸、2-酮葡萄糖酸、二羟基马来酸、马来酸、富马酸、氨基三乙酸、乳酸和/或抗坏血酸。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中颗粒结合抗体抗原反应在pH值介于5.0至6.0之间且包含阴离子表面活性剂或十二烷基硫酸钠和Ca2+配位缓冲液分子的混合物中进行。
12.根据权利要求11所述的方法,其中步骤b)的钙螯合缓冲液包含柠檬酸盐、乙酸盐或马来酸盐中的至少一种盐、蛋白酶处理血清白蛋白和0.01至0.1%(按重量计)的阴离子表面活性剂。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法,包含添加或存在非特异的IgM抗血清。
14.根据权利要求1至8和10至13中任一项所述的方法,其中所述生物样品为血液、血清或血浆。
15.一种检测试剂盒,用于通过上述权利要求1至14中任一项公开的颗粒增强免疫比浊法测定生物样品中的钙卫蛋白的存在,其包含第一水性试剂组分,所述第一水性试剂组分包含:
-20至1000mmol/L有机缓冲液,pH值介于5.0至6.0之间;
-50至300mmol/L钠盐、钾盐或锂盐;
-0.1至1.5%蛋白酶处理血清白蛋白;
-0.01至0.1%(w/v)十二烷基硫酸钠,和
任选地,β-醛糖、丙糖、丁糖、戊糖、己糖、聚葡萄糖、葡聚糖和/或白糖,以达到至少200mmosM/L的渗透压;
以及第二试剂组分,所述第二试剂组分包含0.01至0.5%(w/v)直径为150至350nm的乳胶颗粒,所述乳胶颗粒携带有结合S100A8和S100A9中的任一种或钙卫蛋白(S100A8/A9)的固定化单克隆抗体。
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