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检测自身免疫抗体的蛋白质芯片技术介绍(三)

2020.7.14
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

微球芯片具有显著的优势:每个微球装置均以最佳方式单独加工,随后将不同的小球装置组合起来制备最终的多路复用小球试剂。

芯片检测中可以容纳大量的分析物,因此可以使用多个内部对照以确保测定系统的预期性能。自身抗体的多路复用分析中可能需要不同的对照(表II)。

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相对荧光是芯片技术中常用的输出信号。可以使用荧光内部标准(独立小球装置或芯片位点)对所有测定信号进行标准化。这种标准化弥补了照明和检测系统的波动。还可以根据相应的临床标本类型及和加样容积设计自身免疫测定中的其他内部检测。这些内部对照是每个多路测定试验必须具有的功能。

多路复用检测中还可以考虑使用对一种分析物或一类分析物具有特异性的其他内部对照。例如,通过类风湿因子(RF)内部测定可以检测RF对IgM自身抗体分析的潜在干扰。检测总IgG将有助于确保IgG高丙种球蛋白标本不会由于竞争性抑制而干扰IgM分析。

正确使用内部对照需要掌握分析物的相关技术问题、进行测定的基质以及所用设备的性能特点。内部对照的使用可以提高测定的精度和准确性,并且可以排除未知的矛盾结果。

 

技术难点

多路复用自身免疫测定法的普遍认存在一些技术障碍。与核酸芯片相比,蛋白质芯片的开发难度更大。这是因为蛋白质在分子大小、电荷、外形、疏水性、基因转译后形成的类型和程度、以及四级结构方面具有很大区别。而且一些蛋白质连接在固相载体上后难以保持特异性和活性。

 

对自身抗原进行同时检测,正如使用各种免疫分析方法一样,需要合理设定的、可重复性、可调定量抗原。利用芯片技术进行自身抗原测定存在一些问题,包括如何获得芯片构建所需的功能蛋白表达、开发将蛋白质连接到载体表面并保持其活性的技术以及通过化学和检测系统同时获得较高的分析灵敏度和较大的动态范围。测定标准化、数据解释及储存也是需要考虑的问题。而且对每种分析物都需要进行性能验证。此外,由于经常存在基因转译后形成的各种变体,蛋白质化学非常复杂。

 

重复性:多路复用分析技术可以影响分析结果的重复性。通过对所有试剂和反应过程进行广泛优化以及重复检测可以达到较高的精度。使用平板芯片时,可能要对每种分析物的两个或多个复本尽心检测,然后对变异可接受性进行统计检验,并计算出平均值。使用球形悬浮芯片时,通常要对每种分析物的数百个小球或化验结果进行测定。一般来说,小球的数量与化验精度存在直接联系。

干扰性:芯片位点之间的相互干扰是一个严重的问题。使用平板芯片时会出现这种信号干扰,但理论上,这种干扰对微球芯片的影响更大。在微球悬浮芯片中,测定反应中心并未分割成独立的空间位点;各个小球装置在使用前有可能在液相中发生长时间的相互作用。

 

与微球反应的蛋白质主要通过共价键连接,但是,即使彻底清洗后通常还会有一些疏松连接的蛋白质。与小球装置非共价连接的蛋白质会从固相表面缓慢解离,并抑制液相反应物的正常反应;结果就可能出现假阴性。解离的蛋白质也可能迁移并依附到另一小球装置的表面,导致假阳性结果。

应进行全面的稳定性试验,以确保结合了配合基的蛋白质在产品保存期内都可与固相基质稳定结合。在多路分析验证阶段,必须确保多路复用分析的结果与相应的单路分析结果相当。稳定性试验最好在标称的保存期末进行,这时最容易发现问题。只有所有分析物的多路和单路分析结果都近乎相同时,研究人员才能认定小球装置的混合并未产生相互干扰(图3)。

 

多路复用测定中潜在的相互作用数是微球芯片中测定次数的一个函数(表III)。随着芯片复杂程度的增加,各分析之间可能发生的不良作用也快速增加。生产前必须解决这一干扰问题。

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灵敏度和特异性:通过自身抗体芯片获取临床的灵敏度和特异性非常困难。自身免疫抗原通常没有显著的特点,而各种分析法中的主要反应成分在纯度、浓度及活性方面均不相同,因此很难获得等效的结果。自身抗体测定通常是在非平衡状态下进行的。各种分析法在分析动力学和热力学方面存在差异,从而产生不同的分析结果,特别是对于中等浓度的自身抗体。


从本质上说,多路复用测定法会产生多余的信息。自身抗体芯片最有价值的功能就是它可以产生自身抗体的图谱。人们希望借助计算机图谱识别软件对多路复用芯片的结果进行分析,从而进行疾病的差别性诊断。这种软件不仅可以提高诊断的准确性,还可以提高分析的通量和成本效益。此外,计算机程序还可以发现未经识别的复杂自身抗体的图谱。

目前,用于构建专家系统和解释算法的方法多种多样。图谱识别技术的诱人之处在于其假设的独立性,同时无需专家对每个结果进行主观性解释。图谱识别对受测分析物的名称或特征无任何要求。


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