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ELISPOT酶联免疫斑点分析简介(二)

2020.7.20
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

ELISPOT 技术的现在

1996年以来随着抗体制备、PVDF膜材等技术改良,ELISPOT 分析技术已经逐渐达到科研人员的期待,它已是当世公认最灵敏抗原特定T细胞的体外检测技术。藉由检验新鲜分离PBMC细胞所分泌cytokine的指纹,ELISPOT 分析技术可提示T细胞免疫系统的两个重要参数:抗原特定T细胞的clone族群大小;和免疫效应细胞的信号传导路径Th1/Th2。

多年来经过数十个研究团队的致力研究,对于ELISPOT分析技术本身的几个问题,也有了科学上的验证。目前一般公认,ELISPOT技术允许科研人员在单细胞水平上识别抗原特定T细胞,主要针对经由CD4或者CD8细胞的免疫反应。在适当的实验设计下,ELISPOT Cytokine 斑点的数量分析显示斑点是由一个单细胞所生成,同时斑点形态学与Time Response分析则显示斑点直径大小直接反映该细胞族群的产能。也因为如此,ELISPOT是个免疫学上的标竿技术,它可以允许科研人员在几乎自然生理条件下,观察细胞实际分泌Cytokine的进程,进而可以得到药理学信息,阐明免疫调节药物如何影响T细胞分泌各类cytokine的速率。药物抑制T细胞免疫一般可通过两程截然不同的机转;使能分泌Cytokine的Precursor T细胞族群变小,或减少每Precursor T细胞的cytokine产能,而ELISPOT技术能提供双份信息。

ELISPOT分析技术的几个特点已经让它在抗原特定T细胞免疫学上独占鳌头。此技术是当世唯一准许百万分之一1:1000,000的准确分析,如此强效的解析力使流式细胞技术也望其项背,以目前国内外常规的intracellular cytokine或者Dimer/ tetramer染色,流式技术的灵敏度一般限制在1:10,000。这样的高灵敏度对T细胞免疫学研究是必须的,因为抗原特定T细胞一般在机体周边循环系统发生的频率通常低于万中取一。此外由于ELISPOT Cytokine技术被证实适用于冰冻后复苏的人类淋巴球,解冻后PMBC与新鲜分离样品有相当的效价,没有丧失功能。这一点对临床试验非常重要,它使科研人员得以并行分析免疫治疗前、后的病人血样,如果试验牵涉全国多个临床试验机构,病人血样可冰存并同时集中在「中央实验室」一齐被测试。同理,一个血样或标准对照品可被分装小份,被送到不同检验中心进行测试,以交互比对,同时有利LISPOT Cytokine技术流程的规范化、标准化。

流式细胞intracellular cytokine技术之灵敏度仅是万中取一

ELISPOT 斑点的判读

像多数的Cell-based分析技术一样,ELISPOT Cytokine技术也是相当耗时、耗劳力的工作。事实上到目前为止,以目视法判读少量细胞族群的特性如激活T细胞之激素分泌,仍被视为是免疫学技术上的一大挑战。ELISPOT结果的判读常需要专聘、有经验的技术员才可以;有时就算有专职技师判读,使用传统的显微镜计算斑点数仍不免会偶有主观意见,而有所偏颇。

科学实证的本质,在于如何使实验结果能尽可能客观、精确、同时有高重现性,传统的人工计算法显然无法达到此一要求。这就是Elispot Reader酶联斑点分析仪应运而生。分析ELISPOT实验数据的过程中,Elispot Reader仪器先以高分辨率镜头捕捉微小孔中膜上呈色影像,而后储存成TIF檔;这些影像可以进一步使用手动、或是自动方式计算斑点数目,如果使用Elispot Reader分析软件,可以先设定条件,然后同时分析斑点的大小,以推估激素分泌的多寡。预料像Elispot Reader这一类自动图像扫描分析仪器,将可克服传统显微镜判读方法耗费人力、及人为客观性等缺点,彻底解除ELISPOT分析技术的瓶颈问题,进一步推广该技术的新颖应用。 

Elispot Reader可以提供不同的数据格式,包括未处理与处理过的膜表面影像、每个小孔中的斑点数目、每个小孔中的平均斑点数目、每个小孔中斑点大小的直方统计图。

ELISPOT 未来展望

据笔者的观察,ELISPOT 分析技术正在欧美各国发挥它的完整潜能,它让免疫学家可以直接洞察活体内T细胞相关生理学或病理学,就像是心脏外科医师手上的那张心电图,经由这个技术科研人员可以在活体内直接进入一个器官系统,在那里视察、发掘,得到全新的智识。

从各国文献可见ELISPOT技术已经达到标准化、规范化的要求,并被广泛地应用在多项领域,包括监视癌症病人接受免疫疗程时的反应(Lewis, 2000 and Janetzki, 2000),以及感染性疾病(Moss, 2000, Rahman, 2000, Rowland-Jones, 1998, Herr, 1997 and Lechner, 2000)、肿瘤(Nagorsen, 2000)、或自体免疫病人体内的一个特定的免疫反应型式(Pelfrey, 2000)。ELISPOT技术同时也在数个疫苗效价评估人体试验中,被当成重要的终结指针。2003年1月,世界卫生组织通过与大陆北京性艾中心合作,将应用ELISPOT技术来监测HIV疫苗研究免疫应答反应技术,该计划是首次利用ELISPOT技术对亚洲国家从事HIV疫苗研究和临床试验的有关研究。我们期待未来此一技术能在我国免疫学界得到广泛地应用。

其它ELISPOT应用范围

·  移植研究 – allograft rejection

·  疫苗开发 -亦可评估疫苗效力,或是疫苗注射路径影响

·  Th0/Th1/Th2细胞转换分析

·  自体免疫研究 – 免疫调节及免疫治疗研究

·  癌症研究 -肿瘤反应T细胞作用

·  过敏机制探讨 – IL-4诱导免疫球蛋白亚型转换,其它参与过敏机制之细胞激素研究

·  传染疾病研究 – Lyme disease, Chlamydia infections, Helicobacter pylori infections, HIV infections, multiple sclerosis, …等

·  抗原决定位定图

·  体液免疫力研究 – B细胞免疫球蛋白及特定亚型反应的进展研究

ELISPOT 应用领域

目前使用ElispotReader的部分研究领域如下


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