DE2920289A1 - Festphasen-untersuchungsverfahren - Google Patents
Festphasen-untersuchungsverfahrenInfo
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Description
DR.-ING. DIPL.-tNQ Μ.5Γ. DIPL-PHYS. DH. DIPI PHYS. D(PL-PHYS DR
HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER BOEHME
PATENTANWÄLTE IN STUTTGART
A 43 544 b Anmelder: Becton Dickinson and Company
UO - 168 Mack Centre Drive
17. Mai 1979 Paramus, N.J. 07652
USA
Beschreibung Festphasen-Untersuchungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Festphasen-Untersuchungsverfahren
nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Bei herkömmlichen Festphasen-Untersuchungsverfahren, die mit
konkurrierender Bindung der quantitativ zu bestimmenden Spezies arbeiten, wird üblicherweise ein Antigen oder Hapten
verwendet, welches an einen bestimmten Protein-Rezeptor gebunden wird. Das Verfahren benutzt eine Konkurrenzreaktion
zwischen der zu untersuchenden Spezies bzw. dem Liganden (der nachfolgend allgemein als Analyt bezeichnet wird) und
einer isotopisch markierten Form hiervon. Die Konkurrenzreaktion geht dabei um eine beschränkte Anzahl von Bindungsplätzen
eines Rezeptors, der an einen festen Träger .gebunden
ist. Die Moleküle der isptopisch markierten Form wetteifern
mit denen der nichtmarkierten Form auf im wesentlichen gleicher Basis um die Rezeptorplätze. Aufgrund der Markierung
können die beigemischten Moleküle unterschieden werden. Die isotopische~ Markierung ist nicht entscheidend; andere
Markierungsformen können dazu verwendet werden, das Schicksal der beigemischten Moleküle zu verfolgen. Wenn das
Tracer-Verhältnis, d.h. das Verhältnis der markierten Form zur unmarkierten Form in der Mischung aus dem Analyten und
dem markierten Analyten wächst, dann wächst auch die Aufnahme des Tracers durch den Rezeptor.
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Wenn somit beispielsweise eine bestimmte Menge einer markierten Form eines Haptens oder Antigens mit wiederum verschiedenen
bekannten Mengen des natürlichen, nichtmar- v.
kierten Haptens oder Antigens vermischt wird, und wenn die Mischungen jeweils mit einer bestimmten Rezeptormenge, die
an einen festen Träger gebunden ist, stehengelassen wird, stellt sich heraus, daß die prozentuale Aufnahme des markierten
Haptens oder Antigens durch den Rezeptor umgekehrt mit der Menge des nichtmarkierten Haptens oder Antigens ,
das ursprünglich in der Mischung vorlag, variiert. Wenn bei jeder Inkubation das ungebundene Hapten oder Antigen von dem
an den Rezeptor gebundenen Hapten oder Antigen getrennt wird, kann die Menge der markierten Komponente in einer oder
beiden Fraktionen bestimmt und eine Eichkurve konstruiert werden.
Danach kann eine Untersuchung dadurch ausgeführt werden, daß
eine bestimmte Probe des Haptens oder Antigens mit einer bekannten Menge der markierten Form vermischt wird, worauf die
Mischung mit der bekannten Menge des Rezeptors stehengelassen (inkubiert) wird. Hiernach wird das nichtgebundene Hapten
oder Antigen vom gebundenen Hapten oder Antigen abgetrennt und die Menge der markierten Komponente in einer oder beiden
Fraktionen bestimmt. Unter Bezugnahme auf die Eichkurve erfolgt eine Korrelation der bestimmten Menge der markierten
Komponente mit der Menge des Haptens oder Antigens in der ursprünglichen Probe.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Festphasen-Untersuchung,
die eine Modifikation der bisher verwendeten Verfahren darstellt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, wel-
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ches insbesondere bei Anwendung auf Antigene oder Haptene eine größere Empfindlichkeit erzielen kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß werden somit Probe und Tracer nicht miteinander vermischt und nicht zusammen mit dem Rezeptor in Berührung
gebracht. Statt dessen erfolgt die Berührung aufeinanderfolgend,
wobei zunächst die Probe und danach der Tracer den spezifischen Rezeptor berühren. Abgesehen von
diesem Unterschied in der Berührungsart ist die vorliegende
Üntersuchungsart im wesentlichen ähnlich bekannten Untersuchungsverfahren.
Die Menge des gebundenen und/oder ungebundenen Tracers wird bestimmt; aus dieser Bestimmung wird
der Analyt-Gehalt in der Probe, beispielsweise durch Bezugnahme
auf eine Eichkurve, ermittelt.
Der Analyt ist üblicherweise ein biologischer Ligand und
befindet sich beispielsweise in einer biologischen Flüssigkeit. Die Erfindung ist besonders zur Untersuchung von Ana-Iyten
in Serum und anderen Flüssigkeiten geeignet, wo ihre größere Empfindlichkeit von Vorteil ist.
Geeignete Analyten sind beispielsweise: ein Antigen, d.h.
eine Substanz, die zur Ausbildung eines für das Antigen spezifischen
Antikörpers führt, wenn sie in den Blutstrom eines Wirbeltieres gebracht wird; ein Hapten, d.h. eine Substanz,
die zur Ausbildung eines für das Hapten spezifischen Antikörpers führt, wenn sie an einen Antigenträger gebunden und
in den Blutstrom eines Wirbeltieres gebracht wird; andere
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Liganden, die natürlich auftretende, spezifische Rezeptoren besitzen und die ebenfalls als Hapten wirken können, wenn
sie an ein Protein gebunden sind.
Analyte, auf welche die vorliegende Erfindung anwendbar ist,
sind ferner beispielsweise Proteine und andere Peptide, Sacharide, Nukleotide, Nukleoside, Steroide und Derivate
derartiger Verbindungen. Repräsentative Beispiele derartiger Analyten sind: ACTH, Oxytocin, luteinisierendes Hormon,
Insulin, Proinsulin, Bence-Jones-Protein, chorionisches
Gonadotropin, Hypophysenhinterlappen-Gonadotropin, Wachstumshormon, Rennin, Thyroxin-bindendes Globulin, Bradykinin,
Angiotensin, Follikel-stimulierendes Hormon, zyklisches AMP, Cholyl-Glycin (glycocholische Säure), zyklisches CMP,
Östrogene, Gestrogene, Androgene, adrenocortische Steroidhormone,
Gallensäure, kardiotonische Glycoside, Aglycone und Saponine. Als weitere Beispiele können erwähnt werden:
Thyroxin, Triiodothyronin, Testosteron, Adrosteron, Equilenin,
östron, östriol, Progesteron, Prägnenolon,
17-Hydroxydxoxycorticosteron (Verbindung S) , Deoxycorticosteron,
Cortison, Corticosteron, Cortisol, Aldosteron, Digoxin, Digitoxin; Vitamine, beispielsweise Vitamin A,
Folsäure, die Gruppe der B-Vitamine, Vitamin C, die D-Vitamine und die Vitamine E und K; verschiedene Liganden, beispielsweise
die Antigene für Virus Hepatitis A xind B, Rubella, Herpes Simplex oder & -Fötoprotein oder carcinoembrionisches
Antigen.
Die oben erwähnten Substanzen sind nur repräsentativ. Es versteht sich, daß diese Substanzen als Analoge verwendet
werden können.
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Der Tracer ist der Analyt bzw. ein geeignetes Analog hiervon mit einer Radiomarkierung oder einer anderen Markierung,
bei der es sich beispielsweise um ein Enzym oder um eine Fluoreszenzgruppe handeln kann. Die Verwendung derartiger
Markierungen und die Verfahren zur Herstellung eines Tracers, der eine radioisotopische Markierung oder eine andere Markierung
enthält, sind bekannt. Diesbezüglich werden zum vollständigen Verständnis der vorliegenden Erfindung keine
weiteren Einzelheiten benötigt. Der bevorzugte Tracer ist radiomarkiert; bei bekannten Radiountersuchungen ist das
radioaktive Isotop im allgemeinen Tritium oder ein Radioisotop von Iod. Als besonderes Beispiel kann radioiodinisiertes
Thyroxin als Tracer für Thyroxin verwendet werden. Der Tracer wird üblicherweise als Lösung in einem Puffer
verwendet.
Der Rezeptor für den Analyten kann ein natürlich auftretender Rezeptor sein, beispielsweise kann er für ein Antigen
oder Hapten der entsprechende Antikörper sein. In einigen Fällen ist der Analyt ein Antikörper, wobei dann der Rezeptor
das entsprechende Antigen ist. Der Tracer ist dann eine markierte Form des Antikörpers.
Der Rezeptor ist an einen festen Träger, der als Substrat für eine derartige Untersuchung geeignet ist, gebunden. Derartige
Trägermaterialien enthalten Polymere, beispielsweise Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, Polytetrafluoräthylen,
Polyamide, Polyacrylamide usw.; Glas, bakterielle Zellen, Ionenaustausch-Harze usw. Verfahren zur Anbindung der
Rezeptoren an die festen Träger sind bekannt; diesbezüglich
sind keine weiteren Einzelheiten zum vollen Verständnis der
Erfindung erforderlich. Der Rezeptor kann kovalent oder
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nichtkovalent an den Träger gebunden sein.
Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für eine Festphasen-Untersuchung, bei welcher der Rezeptor auf dem
festen Träger in einer Durchströmungskaminer gehalten wird.
Die Probe, welche den Analyten enthält bzw. vermutlich enthält, wird zunächst durch die Kammer geleitet, welche"den
Rezeptor auf dem festen Träger enthält; es folgt der Durchgang des Tracers durch die Kammer. Unerwarteterweise hat
sich herausgestellt, daß dieses Verfahren häufig eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Verfahren darstellt,'bei
welchem der Analyt und der Tracer vor dem Durchgang durch die Kammer vermischt werden.
<->
<->
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich außerordentlich
gut für eine Untersuchung, bei der der Rezeptor regeneriert wird, und die automatisch durchgeführt werden soll. Automatische
Untersuchungsverfahren mit Regeneration und hierfür geeignete Vorrichtungen sind allgemein in den US- ~
Patentschriften 3 896 217 und 4 009 005 beschrieben; bezüglich
weiterer Einzelheiten wird auf diese beiden Vörveröffentlichungen
Bezug genommen.
Erfindungsgemäß wird die Analyten-Probe in Abwesenheit des
Tracers durch eine Kammer geleitet, welche den auf einem Träger, beispielsweise einem fein zerteilten Substrat, gehaltenen
Rezeptor enthält. Es folgt ein Durchgang des Tracers für den Analyt durch die Kammer. Der Anteil des Tracers,
der durch die Kammer passiert (d.h. der nichtgebundene Tracer), wird aufgefangen und die Menge des nichtgebundenen
Tracers und/oder gebundenen Tracers wird bestimmt. Bei einer derartigen automatisierten Untersuchung mit Rege- ·
Einfügung auf Seite 8a*>
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/Ohne Festlegung auf die folgende Theorie wird die größere Empfindlichkeit folgendermaßen erklärt: Es gibt eine endliche
Anzahl von Rezeptorplätzen, die in der Kammer zur Anbindung des Analyten in der Probe verfügbar sind. Nicht
alle Plätze sind vom Analyten besetzt. Das Gleichgewicht stellt sich rasch innerhalb einer Zeit ein, die in der Größenordnung
von Millisekunden liegt. Die Anzahl besetzter Plätze ist für jede Probe eine Konstante und wird durch die
experimentellen Bedingungen, beispielsweise die Strömungsrate, mit welcher die Probe die Kammer passiert, bestimmt.
Die unbesetzten Bindungsplätze sind dann für die darauffolgende Änbindung des Tracers verfügbar. Aufgrund des getrennten
Gleichgewichts mit dem Analyten sind jedoch für den Tracer nicht so viele Plätze verfügbar, wie dies sonst
möglicherweise der Fall ist. Somit wird die Tracer-Anbindung bei allen Analyten-Konzentrationen verringert./»
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neration wird der an den Träger gebundene Tracer darauffolgend
unter Verwendung einer geeigneten Elutionslösung
ausgewaschen, wodurch der Rezeptor wiederverwendet werden kann. Weitere Ausführungen sind entbehrlich. Die Verfahren
und die Vorrichtungen, die in den beiden obengenannten US-Patentschriften beschrieben sind, können ohne weiteres
auf die vorliegende Erfindung übertragen werden.
Bei Untersuchungsverfahren, welche Durchflußkaminern verwenden,
kann die Rezeptormenge in der Kammer verglichen mit
bekannten Verfahren reduziert werden, was die Empfindlichkeit erhöht. Außerdem kann das Volumen des Analyten, der in
die Kammer eingeführt wird, gesteigert werden, was ebenfalls die scheinbare Empfindlichkeit der Untersuchung vergrößert.
D.h. es hat sich herausgestellt, daß das Probenvolumen vergrößert
werden kann, da in der Probe kein Tracer vorliegt. Die Vergrößerung des Probenvolumens erhöht die Empfindlichkeit.
<—y
Die vorliegende Erfindung ist auch auf Untersuchungsverfahren anwendbar, bei denen keine Durchflußkammer verwendet
wird. Bei derartigen Verfahren wird der nicht gebundene Analyt
im allgemeinen durch einen Waschschritt vor der Zugabe des Tracers entfernt. Bei der Waschflüssigkeit kann es sich
um jede Flüssigkeit handeln, welche den Rezeptor, den Analyten und den Träger nicht nachteilig angreift; es handelt
sich im allgemeinen um einen der Puffer, die üblicherweise bei Untersuchungsverfahren verwendet werden. Ein Waschschritt
nach der Zugabe des Analyten und vor der Zugabe des Tracers kann auch bei einem Untersuchungsverfahren benutzt werden,
welches eine Durchflußkammer verwendet.
^Einfügung auf Seite 9
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«,^Anders ausgedrückt: Die Verbesserung in der Empfindlichkeit
ermöglicht eine größere Genauigkeit bei derselben Probenverdünnung oder ermöglicht weniger Probe bzw. größere
Verdünnung bei derselben Genauigkeit. Aufgrund der verbesserten Empfindlichkeit kann ein bevorzugtes kleines Probenvolumen
in der automatischen Einrichtung verarbeitet werden, wie sie beispielsweise unter dem Warenzeichen "Aria 11" vertrieben
wird.)>
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Die Erfindung wird im folgenden durch ein Beispiel erläutert:
Die folgenden Materialien wurden verwendet: <->
-g ö,
-- ■-- - ■
o -—aftär-· ;
Ein Adsorptionspuffer, pH 10,5, mit 0,1 M Glycinat,
0,01 % Bovin-Serum-Albumin, 5 % Äthylalkohol, 300^ug/ml 8-Anilino-1-Naphthalin-Sulphonsäure
und 0,02 % Natriumazid.
In jedem Falle betrug das Probenvolumen 0,5 ml. Die Probe wurde zunächst durch die Kammer geleitet, worauf der Durchgang
des Tracers durch die Kammer folgte. Der Prozentsatz des Tracers, der an den Antikörper gebunden war, wurde für
jede Probe bestimmt.
Das Verfahren wurde entsprechend dem bekannten Verfahren wiederholt,
bei dem Probe und Tracer vor dem Durchgang durch die Kammer vermischt werden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle
1 gezeigt.
^Einfügung auf Seite 10a>
<VvEinfügung auf Seite 1C
<VvEinfügung auf Seite 1C
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I-Thyroxin mit einer spezifischen Aktivität von 250mci/mg
markiert und in einem Probenpuffer derart verdünnt, daß sich
eine für statistische Zwecke brauchbare Zählung, im allgemeinen eine Zählung zwischen 10.000 und 15.000 ergab. Eine Thyroxin-
Antikörper- Kammer wurde wie im US-Patent 405 9685 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, daß als festes Trägermaterial
Dextran-überzogenes Glas verwendet wurde. Eine 50μ1-Kammer aus PTFE wurde verwendet, welche kovalent an den Träger
gebundenes Kaninchen-Antiserum enthielt»/
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Untersuchung wurde unter Verwendung eines automatischen
Gerätes durchgeführt, wie es im US-Patent 4009 005 beschrieben ist. Eine derartige Vorrichtung ist unter der Handelsbezeichnung
"Aria 11" von der Firma Becton Dickinson Immunodiagnostics,
Automated Immunichemistry Systems, erhältlich. Es waren nur geringfügige Modifikationen in dem Mechanismus, der
die Pumpen steuert, und in der Verrohrung erforderlich, damit die Vorrichtung entsprechend dem hier beschriebenen Verfahren
automatisch arbeitete, wobei der Tracer die Kammer nach und getrennt von der Probe passierte.^
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Thyroxin-Kon zentration
(ng/ml)
Tracer-Bindung (%)
Erfindung Stand der Technik
1 2 4
7,5 15
43 | 49 |
35 | 48 |
28 | 40 |
19 | 33 |
15 | 25 |
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt zu
einer Empfindlichkeit, die ungefähr dreimal größer als die Empfindlichkeit ist, die sich bei bekannten Verfahren ergibt.
Außerdem wurde eine nichtspezifische Bindung an Serum-Protein vermieden.
Eine Verunreinigung der Probe durch den Tracer fand nicht statt.
Das Untersuchungsverfahren nach Beispiel 1 ist in gleichem Maße bei Digoxin oder Cortisol wirksam.
£.—> Einfügung auf Seite 11a
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Es ist zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei
den niedrigeren Thyroxin-Konzentrationen eine größere Veränderung in der prozentualen Bindung zeigt, wie dies das
Konkurrenzbindungsverfahren nach dem Stande der Technik aufweist. Die größeren Unterschiede in der Bindung bedeutet
für die Punkte der Eichkurve über den gewünschten Konzentrationsbereich hinweg, daß die Resultate besser reproduzierbar
sind. Der übliche Bereich der Thyroxin-Konzentration, die in klinischen Proben angetroffen wird, liegt zwischen
1 und 20 Mikrogramm/dl. Derartige Proben können ohne weiteres
so verdünnt werden, daß sie auf denjenigen Abschnitt der Eichkurve fallen, der die größte Veränderung in der
prozentualen Bindung mit der Veränderung in der Thyroxin-Konzentration aufweist. In der Praxis werden die Ausrüstung
und die Verfahrensbedingungen üblicherweise so gewählt, daß die Kammer zwischen 40 und 65 % der Bindung bindet, die bei
einer O-Eichung beobachtet wird, d. h. der Bindung, die erhalten wird, wenn beim Aufbau der Eichkurve eine Analyten-Konzentration
von 0 benutzt wird, ^y-
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Claims (8)
1.) Festphasen-Untersuchungsverfahren, bei dem eine Probe
und ein Tracer für einen zu untersuchenden Analyten mit einem Rezeptor, der auf einem festen Träger getragen
wird, in Berührung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Probe mit dem
Rezeptor in Abwesenheit des Tracers in Berührung gebracht wird, daß der nichtgebundene Analyt entfernt und
daraufhin der Rezeptor mit dem Tracer in Berührung gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Tracer radiomarkiert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Analyt ein Antigen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Analyt ein Hapten ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezeptor ein Antikörper
ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Analyt Thyroxin und der Tracer radioiodinisiertes Thyroxin ist.
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7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezeptor auf seinem festen
Träger in einer Kammer gehalten wird, wobei zunächst die Probe und danach der Tracer durch die Kammer
geleitet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein automatisches Verfahren handelt und der
gebundene Tracer und etwa gebundener Analyt aus der Kammer zur Regeneration des Rezeptors ausgewaschen werden.
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