DE3322373C2 - Testmittel und Verfahren zum Nachweis von Antigenen und/oder Antikörpern - Google Patents

Testmittel und Verfahren zum Nachweis von Antigenen und/oder Antikörpern

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Abstract

Die Erfindung betrifft Partikel sowie ein Verfahren zum simultanen Nachweis von mehreren Antigenen oder Antikörpern in einer Flüssigkeit unter Verwendung dieser Partikel. Das Partikelgemisch enthält Populationen von Partikeln, die voneinander auf folgende Weise unterscheidbar sind: Jede Population weist eine für sie spezifische Kombination folgender Merkmale auf: 1) Fluoreszenzstoffe unterschiedlichen Emissionsspektrums, 2) Quantität dieser Fluoreszenzstoffe, 3) Partikelgröße. Jede Partikelpopulation wird ferner mit einer anderen Art von Antikörpern oder Antigenen beladen. Unter Verwendung dieses Partikelgemisches ist die gleichzeitige Untersuchung auf mehrere Antigen- oder Antikörperarten in Zeit und Aufwand ersparender Weise durchführbar. Das Partikelgemisch wird mit der die nachzuweisenden Antikörper oder Antigene enthaltenden Flüssigkeit gemischt. Die nachfolgenden Reaktionsschritte entsprechen den Schritten eines konventionellen Immunfluoreszenzverfahrens. Zum Schluß wird durch ein Meßgerät (z. B. Durchflußzytometer) jedes Partikel auf seine Fluoreszenz (Emissionsspektrum und Intensität) und Größe gemessen. Aufgrund der Meßdaten identifiziert ein Rechner das Partikel und ordnet die gemessene Immunfluoreszenz einer definierten Spezifität zu.

Description

und 100% einer gegebenen Konzentration, dann können 31 = 3 Partikelpopulationen unterschieden werden. Mit η Markierungsstoffen unterschiedlichen Emissionsspektrums, angewandt jeweils in m unterscheidbaren Konzentrationen, beträgt die Zahl der Markierungsmöglichkeiten m", z. B. mit drei Markierungsstoffen in jeweils zehn unterscheidbaren Konzentrationen können 103 = 1000 unterschiedliche Partikelpopulationen gekennzeichnet und identifiziert werden. Die Markierung der Partikel geschieht bei ihrer Herstellung oder danach. Für jede Antigenart (Ag1) wird eine fluoreszenzspektrophotometrisch und/oder durch ihre Größe definierbare Partikelpopulation Pj verwendet Das Antigen bzw. der Antikörper wird chemisch oder physikalisch an das Partikel gebunden. Dies geschieht für jede Antigenart bzw. Antikörperart gesondert Danach werden alle Partikel in der gewünschten Zusammensetzung zusammengemischt So entsteht ein Gemisch von den Partikeln Pu P2,.., Pj. ■ ■ ·, Pn, die mit den entsprechenden Antigenen Agu Ag2,.., Agj,.., Agn beladen sind.
Dieses Partikelgemisch wird mit der Flüssigkeit (z. B. Blutserum) vermischt, die die nachzuweisenden Antikörper enthält Nach einer Reaktionszeit binden sich die nachzuweisenden Antikörper 16 bzw. 2 spezifisch an den korrespondierenden Antigenen 12 bzw. 6. Nach einem Waschvorgang der Partikel mit einer Waschflüssigkeit zur Entfernung der nicht gebundenen Substanzen werden die Partikel mit einer Lösung von Fluoreszeinmarkierten Antikörpern 10 vermischt, die mit den nachzuweisenden Antikörpern speziesspezifisch reagieren. Diese Fluoreszein-markierten Antikörper reagieren mit allen Antikörpern (jeder Antigen-Spezifität) der Tierspezies, von der die zu untersuchenden Antikörper stammen. Nach einer Reaktionszeit, in der die Antikörper 10 an die Antikörper 16 bzw. 2 gebunden werden, werden die Partikel erneut gewaschen zur Entfernung der nicht gebundenen Fluoreszein-markierten Antikörper. Nun werden sowohl die Fluoreszenz der an jedem einzelnen Partikel gebundenen Antikörper 10 (Immunfluoreszenz als Meßparameter der stattgefundenen Im- munreaktion) als auch die das Partikel identifizierenden Markierungsfluoreszenzen sowie die Größe der Partikel durch eine entsprechende Meßvorrichtung gemessen. Dafür geeignet ist ein Durchfluß-Zytometer das die Fluoreszenzdaten (und auch die Größe) jedes einzelnen Partikels mißt Die Meßdaten werden durch einen Rechner verarbeitet wobei die Immunfluoreszenzen zu den entsprechenden Partikelpopulationen zugeordnet werden. Auf diese Weise wird ein Profil der verschiedenen Antigen-Antikörper-Reaktionen Ag-\Ak\, . ., AgnAkn aufgestellt
Das oben beschriebene Verfahren ist gleichermaßen anwendbar zum Nachweis von Antigenen 12 in der zu untersuchenden Flüssigkeit Dabei wird nach der ersten Reaktion und Waschvorgang eine Mischung von Antikörpern 16 gegen alle zu untersuchenden Antigene zugegeben. Diese Antikörper stammen vorzugsweise von einer anderen Tierart als die Antikörper 14. Nach erneuter Reaktion und Waschvorgang werden die mit den Antikörpern 16 speziesspezifisch reagierenden Fluores- fr zein-markierten Antikörper 10 zugegeben. Die Messung erfolgt wie bei der Untersuchung auf Antikörper.
Das Verfahren kann auch in folgender, von der Durchfluß-Zytometrie abweichender Weise erfolgen:
Das Partikelgemisch wird auf einem Objektträger, z. B. auf dem Boden einer Mikrotiterplatte, fixiert Das zu untersuchende Serum wird dann auf diesem Objektträger (Partikelmosaik) aufgetragen. Nach einer Reak tionszeit binden sich die im Serum vorhandenen Antikörper mit den auf den Partikeln befindlichen korrespondierenden Antigenen. Die nicht gebundenen Substanzen werden durch anschließendes Waschen entfernt.
In einem zweiten Schritt wird ein Fluoreszein-markierter Globulinantikörper 10 aufgetragen, der für die Tierart spezifisch ist, von der die zu untersuchenden Antikörper 2 bzw. 16 stammen. Bei dieser zweiten Reaktion bindet sich der Fluoreszein-markicrte Globulinantikörper 10 an die Antikörper (Globulin) 2 bzw. 16, die auf den Partikeln 4 im ersten Reaktionsschritt gebunden wurden. Nach nochmaligem Waschen wird das nicht ' ' gebundene Materia! entfernt.
Das Präparat wird nun durch ein Fluoreszenzphotomikroskop photometrisch untersucht, das mit Filtern usw. so ausgerüstet ist, daß es das Spektrum und die Intensität der von nur einem Partikel emittierten Fluoreszenzstrahlung erfassen und messen kann. Bei der Untersuchung wird der Sichtfleck eines Fluoreszenzmikroskops zweckmäßigerweise entlang vorgegebener Bahnen, z. B. zellenförmig, über das zu untersuchende, auf einem Objektträger befindliche Partikelgemisch geführt Dies kann gegebenenfalls auch durch eine entsprechende Vorrichtung automatisch erfolgen.
Durch einen Rechner werden die Meßdaten ausgewertet Das untersuchte Partikel wird aufgrund des Fluoreszenzspektrums der in dem Partikel enthaltenen Marker identifiziert z. B. als Partikel Pj. Dadurch kann die gemessene Fluorszenz, die von dem Globulinantikörper stammt (Immunfluoreszenz), der immunologischen Reaktion AgjAkj zugeordnet werden. Auf diese Weise werden automatisch nacheinander die Emissionsdaten einer größeren Anzahl von Partikeln aufgenommen und vom Rechner ausgewertet Durch die statistische Verteilung der Partikel werden die Daten von allen Partikelpopulationen erfaßt und verarbeitet Dadurch kann ein Profil der verschiedenen Antigen-Antikörper-Reaktionen Ag\Ak\, Ag2Ak2, ..μ AgnAkn aufgestellt werden.
Das Emissionsspektrum bzw. die Emissionsspektren der Markierungen der Partikel können durch eine Strahlung mit breitem Spektrum angeregt werden; es kann aber auch eine bestimmte Linie des Emissionsspektrums durch eine Strahlung einer bestimmten Wellenlänge oder es können mehrere diskrete Linien durch eine Strahlung mit mehreren bestimmten Wellenlängen angeregt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:
1. Testmittel mit Markierung zur Bestimmung einer Vielzahl von verschiedenen Antigenen und/oder Antikörpern in einer Flüssigkeitsprobe, gekennzeichnet durch neutrale Träger-Partikel, die einzeln oder gruppenweise jeweils mit wenigstens einem fluoreszierenden Markierungsstoff markiert und zur Bestimmung von Antigenen und/oder Antikörpern mit unterschiedlichen Antikörpern oder Antigenen beladbar sind.
2. Testmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerpartikel etwa kugelförmig und von gleicher Größe sind.
3. Testniittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe etwa 1 μπα bis etwa 100 μηι ist
4. Testmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Testmittel Trägerpartikel mit mehreren unterschiedlichen, diskreten Größen enthält, die nach ihrer Größe meßtechnisch zu voneinander unterscheidbaren Partikelpopulationen zugeordnet werden können, wobei die Größe der Trägerpartikel als zusätzliches Markierungs- bzw. Unterscheidungsmerkmal dient
5. Testmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerpartikel aus Kunststoff, Gummi, Polysaccharidpolymer (z. B. Agar), anderen Polymeren oder Glas bestehen.
6. Testmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerpartikel Zellen, beispielsweise Erythrozyten sind.
7. Testmittel nach einem der vorhergehenden An-•prüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerpartikel mit spezifischen Antikörpern beladen sind und daß an diese Antikörper ein nachzuweisendes Antigen durch immunologische Reaktion gebunden werden kann.
8. Verfahren zum Nachweis von Antigenen und/ oder Antikörpern unter Verwendung eines Testmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch fluoreszierende Stoffe und/oder ihre Größe unterschiedlich markierten Partikel mit unterschiedlichen Antigenen und/oder Antikörpern beladen werden, daß ein Gemisch solcher Art beladener Partikel mit einer Flüssigkeit gemischt wird, die die zu untersuchenden bzw. nachzuweisenden Antikörper und/oder Antigene enthält, und daß nach einer Reaktionszeit, in der die nachzuweisenden Antikörper oder Antigene von den an den Partikeln fixierten Antigenen bzw. Antikörpern gebunden werden, die unbekannten Antikörper bzw. Antigene identifiziert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennleichnet, daß zur Identifizierung der gebundenen Antikörper folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
■) Waschen der Partikel nach Ende der Reaktionszeit zum Entfernen der nichtgebundenen Substanzen,
b) Zugabe einer Flüssigkeit mit fluoreszein-markierten Antikörpern, die mit den nachzuweisenden oder zu untersuchenden Antikörpern spezies-spezifisch reagieren (z. B. Antihumanglobuün bei Untersuchung von menschlichem Material), oder fluoreszein-markierten Antigenen,
c) Waschen zum Entfernen der nichtgebundenen Substanzen und
d) Analyse der Markierungen der einzelnen Partikel.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifizierung der gebundenen Antigene folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
a) Waschen der Partikel nach Ende der Reaktionszeit zum Entfernen der nichtgebundenen Substanzen,
b) Zugabe einer Flüssigkeit mit fluoreszein-markierten Antigenen, die mit den nachzuweisenden oder zu untersuchenden Antigenen speziesspezifisch reagieren (z.B. Antihumanglobulin bei Untersuchung von menschlichem Material) oder fluoreszein-markierten Antikörpern,
c) Waschen zum Entfernen der nichtgebundenen Substanzen und
d) Analyse der Markierungen der einzelnen Partikel.
11. Verfahren nach den Ansprücher 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die fluoreszein-markierten Antikörper oder Antigene gleichzeitig mit der zu untersuchenden Flüssigkeit oder nach einer bestimmten Reaktionszeit nach Zugabe der zu untersuchenden Flüssigkeit zu dem Testmittel ohne vorheriges Waschen der Partikel zugegeben werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenzeichnet, daß die Analyse mit Hilfe der Fluoreszenzphotometrie durchgeführt wird, derart, daß die Fluoreszenzdaten jedes Partikels ermittelt (Identifizierungsfluoreszenz des Testmittels und Fluoreszenz der markierten Antikörper) und ausgewertet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Emissionsspektrum durch eine Strahlung mit breitem Spektrum angeregt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine bestimmte Linie des Emissionsspektrums durch eine Strahlung einer bestimmten Wellenlänge angeregt wird oder daß mehrere diskrete Linien durch eine Strahlung mit mehreren bestimmten Wellenlängen angeregt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifizierung der Partikel das oder die Fluoreszenzspektren hinsichtlich Wellenlänge und/oder Intensitäten der Fluoreszenzstrahlung und/oder die Partikelgröße gemessen und ausgewertet werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Testmittel in einer Dispersion nach Durchlaufen der Reaktions-Verfahrensschritte in einer Einzelmessungen ermöglichenden Konzentration durch ein dünnes Rohr geleitet und gemessen wird (Durchfluß-Zytometrie).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Analyse mit Hilfe der Fluoreszenzphotometrie das Gemisch der durch fluoreszierende Stoffe und/oder ihre Größe unterschiedlich markierten und mit unterschiedlichen Antigenen und/oder Antikörpern beladenen Partikel vor der Mischung mit der zu untersuchenden bzw. nachzuweisenden Antikörper und/oder Antigene
3 4
enthaltenden Flüssigkeit zunächst auf einen Objekt- Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des
träger aufgebracht und dort fixiert wird Anspruchs 1 und des Anspruchs 8 angegebenen Lehren
gelöst
Mit Hilfe des erfindungsgemää ausgebildeten Test-
5 mittels können die Trägerpartikel oder Populationen von Partikeln aufgrund unterschiedlicher Markierungen
Die Erfindung betrifft ein Testmittel gemäß Oberbe- in einem Partikelgemisch unterschieden werden. Jedes griff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Nach- Trägerpartikel oder jede Partikelpopulation ist mit eiweise von Antigenen und/oder Antikörpern unter Ver- ner anderen Art von Antikörpern oder Antigenen bewendung dieses Testmittels. io ladbar. Unter Verwendung eines solchen Partikelgemi-
Es sind verschiedene Verfahren zum Nachweis von sches ist die gleichzeitige Untersuchung auf mehrere Antigenen oder Antikörpern bekannt, die auf den Prin- Antigen- oder Antikörperarten in Zeit- und Materialzipien Agglutination, Präzipitation, Komplementbin- aufwand verringernder Weise durchführbar, dungsreaktion. Immunfluoreszenz, Radioimmunreak- Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des
tion, Enzymimmunreaktion u. a. beruhen. Allen diesen 15 Tesimittels nach Anspruch 1 sind in den Unteransprü-Verfahren ist gemein, daß jeweils in einem Arbeitsgang chen 2 bis 7 angegeben.
nur eine Art eines Antigens oder Antikörpers festge- Durch das erfindungsgemäße Verfahren nach An-
stellt werden kann. spruch 8 kann die Immunreaktion, die beispielsweise ge-
Häufig wird jedoch nach mehreren Arten von Antige- maß Anspruch 12 fluorometrisch meßbar ist, zwischen nen oder Antikörpern gefahndet, z. B. für die Differenti- 20 dem Antigen bzw. Antikörper, mit dem das Trägerpartialdiagnose von Infektions- oder anderen Krankheiten, kel beladen ist, und dem Antikörper bzw. Antigen in der bei Screeningtests bei Gesunden, z. B. bei der serologi- untersuchten Flüssigkeit zu einer bestimmten Spezifität, sehen Tumordiagnostik (mehrere Tumorantigene), oder die der Kombination der Markierungssignale des Partibei Allergietests (mehrere Allergene) oder bei der Er- kels entspricht, zugeordnet werden. Durch Messung der fassung des immunologischen Status des Organismus. 25 Immunfluoreszenz und durch Abtastung und Analyse Nach diesem Stand der Technik muß daher für jede Art der Markierungen können somit die Antigene oder Aneines gesuchten Antigens oder Antikörpers eine geson- tikörper nachgewiesen werden, derte Untersuchung durchgeführt werden. Dies bedeu- Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des
teteinen mehrfachen Zeit-und Materialaufwand. erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren
Aus der Chemikerzeitung 103,1979, Seite 53 ff. ist ain 30 Unteransprüchen gekennzeichnet Radioimmunoassay bekannt Es wird u. a. ein Fluores- Anhand eines nachfolgend beschriebenen Beispiels
zenzimmunoassay beschrieben, bei dem als Indikator soll die Erfindung näher erläutert werden, wobei zur ein fluoreszierender Stoff (z. B. Fluorescein) eingesetzt Verdeutlichung auf die Zeichnung Bezug genommen wird, der am Antigen oder Antikörper gebildet ist Bei wird.
diesem Verfahren werden die Antigene oder Antikör- 35 Ein Serum soll auf die Antikörperarten 2 bzw. 16 z. B. per unmittelbar selbst markiert, um sie so identifizieren Aki, Ak2,.., Akj,..., Akn hin untersucht werden. Grupzu können. Bei diesem bekannten Verfahren ist nachtei- pen (Populationen) kleiner Trägerpartikel 4, vorzugslig, daß in einem Arbeitsgang nur eine Art eines Anti- weise in Form von Kugeln, von etwa 10 μπι Durchmesgens oder eines Antikörpers feststellbar ist. ser aus einem geeigneten Trägermaterial (Kunststoff
Durch die DE-PS 29 43 648 ist eine spezifische Bin- 40 oder Polysaccharidpolymer, z. B. Agar) werden je mit dungs-Untersuchungsmethode zur Bestimmung einer einer Antigenart 6 bzw. 12 Ag\, Ag2,.., Agj,.., Ag1. Vielzahl von verschiedenen Liganden in einer einzigen gemäß Anspruch 12 beladen. Jede Antigenart wird auf Flüssigkeitsprobe bekannt Die Flüssigkeitsprobe wird einer gesonderten Träger-Partikelart gebunden, die auf mit Reagenzien für die verschiedenen zu bestimmenden folgende Weise vorher markiert wurde. Liganden sowie einem markierten Bindungsmittel und 45 Die Partikel 4 werden mit einer Kombination von einem Festphasenbindungsmittel kombiniert wobei mit Stoffen 8 markiert, deren Fluoreszenzspektrum defidem Liganden ein Bindungsreaktionssystem mit einer niert und fluorimetrisch bestimmbar ist Die Markierung festphasengebundenen Spezies und einer freien Spezies kann auch dadurch in einfacher Weise erfolgen, daß die des markierten Bindungsmittels gebildet wird. Die Mar- einzelnen Partikelpopulationen mit nur einem Flüoreskierung ist für alle markierten Bindungsmittel in den 50 zierenden Markierungsstoff bestimmter, jedoch von verschiedenen mit der Probe kombinierten Reagenzien Partikelpopulation zu Partikelpopulation unterscheidgleich. Das Festphasenbindungsmittel ist für die ver- barer Konzentration oder mit mehreren Markierungsschiedenen zu bestimmenden Liganden differenzierbar stoffen bestimmter, jedoch von Partikelpopulation zu und von den anderen Festphasenbindungsmitteln für die Partikelpopulation unterscheidbaren Konzentrationen anderen zu bestimmenden Liganden abtrennbar. Jede 55 markiert werden. Diese Art der Markierung (Markiegebildete festphasengebundene Spezies wird von den rung mit unterscheidbaren Konzentrationen desselben anderen gebildeten festphasengebundenen Spezies und fluoreszierenden Stoffes) kann mit der Markierung von den freien Spezies abgetrennt Die Menge der Mar- durch Kombination von fluoreszierenden Stoffen unterkierung wird dann in den jeweils abgetrennten festpha- schiedlichen Emissionsspektrums kombiniert werden, sengebunderien Spezies einzeln gemessen. Es ist nicht ec Die Auswertung erfolgt dann hinsichtHch des Spekmöglich, mehrere Arten von Antigenen und Antikör- trums und/oder°der Intensität der emitierten Fluorespern gleichzeitig in einem Arbeitsgang nachzuweisen. zenz. Auf diese Weise können mit einem Markierungs-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dar- stoff, angewandt in zwei unterscheidbaren Konzentrain, ein Testmittel und ein Verfahren der eingangs ge- tionen (0% und 100% einer bestimmten Konzentration), nannten Art so auszubilden, daß der Zeit- und Material- 65 2" = 2 Partikelpopulationen unterschieden werden aufwand bei der Untersuchung und dem Nachweis meh- (Partikel mit dem Stoff und Partikel ohne den Stoff), rerer Arten von Antigenen und/oder Antikörpern we- Wenn bei der Markierung der Stoff in drei unterscheidsentlich verringert ist. baren Konzentrationen verwendet wird, z. B. 0%, 50%
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