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免疫学细胞因子的定量检测,Elispot酶联斑点分析技术 一

2020.7.13
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

ELISPOT技术原理 

在免疫学领域中,对于疾病以及疫苗研究不仅仅局限于体液免疫应答(B细胞免疫),细胞介导的免疫应答(cell mediated immune response,CMI)也是人们所关注的,而T细胞在CMI中起关键作用。在研究免疫应答机制时以往常用用酶联免疫吸附法(ELISA)检测体液中游离的细胞因子(CK)或抗体,但由于游离的循环抗体或CK的半哀期不同,使之在体液中不断的被代谢或与靶器官结合,而不能确切的反映体内的抗体及CK的水平。 80 年代,国外的科研工作者根据 ELISA 技术的基本原理,建立了体外检测特异性抗体分泌细胞和 CK 分泌细胞的固相酶联免疫斑点技术( ELISPOT )。作为一项新型的免疫酶技术——酶联免疫斑点法(enzyme linked immunospot assay,ELISPOT),是从单细胞水平检测分泌抗体细胞(ASC) 或分泌细胞因子(CK) 细胞的一项细胞免疫学检测技术。由于该方法具有较高的特异性和敏感性,易操作,成本相对流式细胞分析术也较低,已被广泛用于分泌CK细胞检测或ASC测定中,对探索自身免疫系统疾病发病机制具有重要意义。  

ELISPOT 法源自 ELISA,又突破传统 ELISA 法,是定量 ELISA 技术的延伸和新的发展。两者都是检测细胞产生的细胞因子或其他可溶性蛋白,它们最大的不同在于:  

(1) ELISA通过显色反应,在酶标仪上测定吸光度,与标准曲线比较得出可溶性蛋白总量。  

(2) ELISPOT也是通过显色反应,在细胞分泌这种可溶性蛋白的相应位置上显现清晰可辨的斑点,可直接在显微镜下人工计数斑点或通过ELISPOT 分析系统对斑点进行计数,1个斑点代表1个细胞,从而计算出分泌该蛋白的细胞的频率。(某些研究不仅要测细胞因子生成量,还需检测分泌此细胞因子的细胞频率)  

由于是单细胞水平检测, ELISPOT 比 ELISA 和有限稀释法等更灵敏,能从20万-30万细胞中检出1个分泌该蛋白的细胞。捕获抗体为高亲和力、高特异性、低内毒素单抗,在研究者以刺激剂激活细胞时,不会影响活化细胞分泌细胞因子。  

下面将从发展、原理、具体实验操作、技术优势和应用几方面进行介绍。 

ELISPOT技术的发展 

(1) ELISPOT技术的过去 

ELISPOT是20多年前便己研发成功的老技术。Czerkinsky 等人率先在1983年,运用该技术成功地检测出因受激而分泌抗体的B细胞频率。从那时起世界各国免疫学者便开始一长期的ELISPOT Cytokine技术竞赛,每个团队都希望能率先将此一技术推广来研究T细胞免疫,其绝妙之处在提供一接近体内实验的环境,藉由侦测T细胞分泌的各类细胞因子,来定量机体内免疫反应启始者Precursor T的clonal size族群大小,同时预测体内免疫系统即将进行的下游免疫反应。 

ELISPOT Cytokine技术虽说操作简单,但该技术并没能如预期地很快地被成功应用在ex vivo T细胞功能研究。要让ELISPOT技术从B细胞免疫走向T细胞免疫的产生的第一个主要问题,便是灵敏度的提升,因为T细胞因子较之B细胞免疫球蛋白产量极少。早期ELISPOT的分析条件不是非常理想,成对抗体的品质、呈色底膜的材质等几个技术性的问题,使当时多数研究团队很难获得清晰的斑点,结果是敏感度不够、数据分析重现性低。这问题直到1996美国俄亥俄卅Case Western Reserve大学Paul Lehmann团队引进PVDF薄膜的应用(Forsthuber et al., Science, 1996),才釜底抽薪地解决了该技术因斑点呈色问题造成低敏感度的缺失。与原来的标准膜面相比,PVDF薄膜提供1,000倍的较大面积来吸附单株抗体,使T细胞分泌的各类细胞因子能在细胞周围就近被俘虏,让呈色斑点集中、清晰、对比色高,大大的提高ELISPOT Cytokine分析的敏感度。图一是使用PVDF-BASED改良薄膜(Panel A)与传统标准薄膜(Panel B)并行实验的比较结果。同样的人体 PBMC样品,在通过完全相同的实验,Panel A呈现较清晰的小色点。  

第二个技术性问题是ELISPOT Cytokine实验分析的几个基本假设缺乏科学实证,也使得该技术在当时并没受到该有的广泛重视。没有科研人员尝试去厘清一些基础但很重要的问题,诸如: 

实验所得的斑点是抗原特定T细胞所生产,还是旁观细胞受Cytokine刺激的次级效应?  

斑点的小或大有何生理意义;如何决定cutoff值?  

能否相信斑点是由单一的细胞造成? 

ELISPOT Cytokine分析技术能准确测量的频率范围? 

如果效应相互拮抗的cytokine同时产生,它们是否会互相妨碍?及到什么程度?  

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