Иммуносигнатура - Immunosignature

Иммуносигнатур медицинский диагностический тест который использует массивы случайной последовательности пептиды ассоциировать антитела в образец крови с болезнью.

Как это устроено

Случайный массив пептидов

В ранних тестах на иммуносигнатуру использовались предметные стекла стеклянного микроскопа с пятнами из 10 000 случайных пептидов.[1] Новые работы по иммуносигнатуре проводятся на пластинах из диоксида кремния, при этом каждая пластина нарезается на предметные стекла стандартного размера и покрывается 330 034 пептидами;[2] однако дальнейшее описание будет сосредоточено на экспериментах на предметных стеклах. Эти пептиды со случайной последовательностью, длиной 20 аминокислот, химически прикреплены к предметным стеклам.[1] Из 20 аминокислот 3 аминокислоты (на C-конец сторона пептида) являются общими для каждого пептидного пятна. Этот сегмент из 3 аминокислот используется в качестве линкера, с помощью которого цепь из 17 аминокислот («17-мер») прикрепляется к слайду.[1] 17-мер - это «случайный пептид» со случайной последовательностью, выбранной с помощью генератора случайных чисел.[3] Эта случайность отличает технологию иммуносигнатур от существующих технологий для определения болезненных состояний с помощью биомаркеры потому что 10 000 уникальных случайных пептидов на слайд не выбираются специально для содержания конкретных последовательностей.[3] Случайные последовательности не выбираются для содержания известных эпитопы или сайты связывания антител патогенов. Когда образец разбавленного сыворотка крови (содержащий антитела) наносят на поверхность пептидного микроматрицы, 17-меры достаточно длинные, чтобы иметь несколько потенциальных эпитопов на каждом отдельном пептиде.[1]

Связывание антител

Антитела присутствуют в разбавленном образце сыворотки и считаются важными для здоровья пациента, потому что, если антитела остаются даже в разбавленном образце сыворотки, они должны разумно присутствовать в относительно высоких количествах в крови пациента.[3] Этот набор антител будет связываться с участками некоторых пептидов со случайной последовательностью. Антитела в образце сыворотки будут различаться у разных пациентов в зависимости от их здоровья или болезненного состояния.[3] После того как антителам позволили связываться с пептидами на микроматрице, матрицу промывают (для удаления любых несвязавшихся частиц сыворотки или антител).[3] После промывки массив теперь содержит 10 000 случайных пептидов и неизвестное количество антител, связанных с некоторыми из этих пептидов.

Обнаружение антител

Чтобы обнаружить эти человеческие антитела, матрицу покрывают раствором флуоресцентно меченного вторичное антитело.[3] Это вторичное антитело связывается с антителом пациента уже на матрице из разбавленного образца сыворотки, и, поскольку это вторичное антитело флуоресцентно мечено, его можно обнаружить с помощью флуоресцентная микроскопия.[3] После того, как микрочип промывают для удаления несвязанного вторичного антитела и сушат центрифугированием, его сканируют с помощью флуоресцентной микроскопии, и становится видна картина пептидных пятен со связанными антителами по сравнению с пятнами без антител. Этот образец называется иммуносигнатурой.[3]

Медицинские приложения

Иммуносигнатурация находит множество применений в текущих медицинских исследованиях и тестировании, таких как диагностика инфекций, вызванных лихорадкой долины, и определение эффективности вакцины для защиты пациентов от болезней.

Диагностика лихорадки долины

На юго-западе Америки, где грибковые инфекции долинная лихорадка являются проблемой, платформа иммуносигнатуры была протестирована как способ обнаружения инфекции у пациентов. Инфекции, вызванные лихорадкой долины, когда проявляются симптомами, похожи на обычный грипп, прогрессируя до симптомов пневмонии.[4] Текущие тесты на лихорадку долины ненадежны, особенно у пациентов с другими инфекциями (такими как ВИЧ ), а уверенный диагноз может занять несколько недель.[5] Это еще больше усложняет это тестирование, в небольшом количестве случаев у пациентов не вырабатываются какие-либо обнаруживаемые антитела против грибка.[4] Текущее тестирование также может быть инвазивным и более сложным, чем набор иммуносигнатур, начиная от анализа мокроты или анализа крови,[6] к бронхоскопия[5] (последнее является более агрессивным и требует больше времени для получения результата). Ставя в тупик проблему лихорадки долины, из 40% пациентов, проявляющих симптомы,[7] многим будет поставлен неверный диагноз других заболеваний или они не будут признаны инфицированными лихорадкой долины.[4] Используя массив пептидов, ученые смогли определить отчетливую иммунную сигнатуру для инфекций, вызванных лихорадкой долины, даже когда у пациентов были и другие респираторные инфекции. Иммуносигнатура также четко отличалась от таковой у здоровых пациентов.[4]

Эффективность вакцины

Иммуносигнатуры использовались, чтобы проверить, можно ли предсказать эффективность вакцины (на мышах) с использованием различных штаммов вируса гриппа. Мышам вводили вакцину против сезонного гриппа или вакцину против конкретного вируса гриппа, испытанного в исследовании (PR8). Затем мышей инфицировали штаммом гриппа PR8. Те группы мышей, которым вводили вакцину, специфичную для PR8, не только выжили, но и не проявили никаких симптомов гриппа. У всех мышей, получивших одну из двух сезонных вакцин против гриппа, развились симптомы гриппа, а некоторые (20-40%, в зависимости от того, какая вакцина была введена от сезонного гриппа) были убиты инфекцией PR8.[8]

Группа мышей, получивших сублетальные инфекционные дозы PR8, и группа мышей, получивших вакцины убитого PR8, имели разные иммуносигнатуры. Две группы мышей, иммунизированных вакцинами против сезонного гриппа, также имели иммуносигнатуры, которые отличались друг от друга. Это демонстрирует, что платформу иммуносигнатуры можно использовать для различения очень похожих вакцин. Иммуносигнатура известной защиты (здесь сигнатура мышей, иммунизированных убитым вирусом) сравнивалась с иммуносигнатурой групп мышей, которым вводили менее защитные вакцины. Чем более защитной была вакцина мыши, тем ближе ее иммуносигнатура к защищенной сигнатуре.[8]

Обнаружение рака

Поскольку платформа иммуносигнатуры полезна при любом заболевании, поражающем иммунную систему,[9] он был протестирован, чтобы определить, можно ли определить различные иммуносигнатуры для различных видов рака.[3] Используя массив из 10000 пептидов, сравнение со здоровыми контрольными образцами было использовано для установления иммуносигнатур для пяти различных протестированных видов рака. Образцы здорового и злокачественного состояний были различимы, но было небольшое совпадение сигнатур между раком. Это привело к потере специфичности в различении рака с использованием иммуносигнатур. Чтобы решить эту проблему, пептиды были определены как статистически значимые в сигнатурах рака с использованием более строгих процессов отбора. Это исключило пептиды, общие для различных видов рака, и этот выбор пептидов был использован для различения видов рака с 95% специфичностью.[3]

Патент и коммерциализация

Патент: «Составные матрицы для профилирования образцов», WO 2,010,148,365, изобретатель (и): Johnston, Stephen A; Стаффорд, Филипп.

Здоровье приобрела патент Immunosignature в 2012 году и коммерциализирует возможности диагностики человека, используя высокопроизводительное производство. За дополнительной информацией: http://www.healthtell.com/

использованная литература

  1. ^ а б c d Стаффорд, Филипп; Гальперин, Ребекка; Легутки, Джозеф Барт; Маги, Дьюи Митчелл; Гальгиани, Джон; Джонстон, Стивен Альберт (01.04.2012). «Физическая характеристика» иммуносигнатурного эффекта"". Молекулярная и клеточная протеомика. 11 (4): M111.011593. Дои:10.1074 / mcp.M111.011593. ISSN  1535-9476. ЧВК  3367934. PMID  22261726.
  2. ^ О’Доннелл, Брайан; Маурер, Александр; Папандреу-Супапаппола, Антония; Стаффорд, Филипп (18.06.2015). "Частотно-временной анализ данных пептидных микрочипов: применение к иммуносигнатурам рака мозга". Информатика рака. 14 (Дополнение 2): 219–233. Дои:10.4137 / CIn.s17285. ISSN  1176-9351. ЧВК  4476374. PMID  26157331.
  3. ^ а б c d е ж г час я j Стаффорд, Филипп; Цихач, Збигнев; Вудбери, Нил У .; Джонстон, Стивен Альберт (29.07.2014). «Иммуносигнатурная система для диагностики рака». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 111 (30): E3072 – E3080. Дои:10.1073 / pnas.1409432111. ISSN  0027-8424. ЧВК  4121770. PMID  25024171.
  4. ^ а б c d Навалкар, Крупа Арун; Джонстон, Стивен Альберт; Вудбери, Нил; Гальгиани, Джон Н .; Маги, Д. Митчелл; Чикач, Збигнев; Стаффорд, Филлип (2014-08-01). «Применение иммуносигнатур для диагностики лихорадки долины». Клиническая и вакцинная иммунология. 21 (8): 1169–1177. Дои:10.1128 / CVI.00228-14. ISSN  1556-6811. ЧВК  4135907. PMID  24964807.
  5. ^ а б Дитомассо, Джон П .; Ampel, Neil M .; Собоня, Ричард Э .; Блум, Джон В. (февраль 1994 г.). «Бронхоскопическая диагностика легочного кокцидиоидомикоза, сравнение цитологии, культуры и трансбронхиальной биопсии». Диагностическая микробиология и инфекционные болезни. 18 (2): 83–87. Дои:10.1016/0732-8893(94)90070-1. PMID  8062536.
  6. ^ «Тесты и диагностика лихорадки долины - Клиника Мэйо». www.mayoclinic.org. Получено 2015-11-12.
  7. ^ "Лихорадка долины". Баннер Здоровье - www.BannerHealth.com. Получено 2015-11-12.
  8. ^ а б Легутки, Джозеф Бартен; Джонстон, Стивен Альберт (2013-11-12). «Иммуносигнатуры могут предсказать эффективность вакцины». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 110 (46): 18614–18619. Дои:10.1073 / pnas.1309390110. ISSN  0027-8424. ЧВК  3831987. PMID  24167296.
  9. ^ "Платформа продукта | Иммуносигнатура | HealthTell". Здоровье. Получено 2015-11-14.

внешние ссылки

  • "Тезисы докладов симпозиума GELSS 2007" (PDF). Университет штата Аризона. 2007. с. 5. Получено 8 апреля 2010.
  • Легутки Дж. Б., Маги Д. М., Стаффорд П., Джонстон С. А.. «Общий метод характеристики гуморального иммунитета, вызванного вакциной или инфекцией». DOI: 10.1016 / j.vaccine.2010.04.061 Вакцина, 2010.
  • Браун П., Стаффорд П., Джонстон С.А., Дину Валентин: "Статистические методы анализа иммуносигнатур" BMC Bioinformatics 12:349, Дои:10.1186/1471-2105-12-349, 2011.
  • Рестрепо Л., Стаффорд П., Маги Д.М., Джонстон С.А. «Применение иммуносигнатур для оценки болезни Альцгеймера». Анналы неврологии Дои:10.1002 / ana.22405. 2011.
  • Гальперин Р.Ф., Стаффорд П., Джонстон С.А. «Изучение распознавания антителами пространства последовательностей с помощью микрочипов случайных последовательностей». Молекулярная и клеточная протеомика Дои:10.1074 / mcp.M110.000786. 2011.
  • Стаффорд П., Джонстон С.А. «Технология микрочипов отображает сложности гуморального иммунного ответа». Обзоры экспертов в области молекулярной диагностики 11 (1): 5-8. 2011 г.
  • Гальперин Р.Ф., Стаффорд П., Эмери Дж. С., Навалкар К. А., Джонстон С. А.: «GuiTope: приложение для сопоставления пептидов со случайной последовательностью и белковых последовательностей», BMC Bioinformaticsˆ, 13: 1, Дои:10.1186/1471-2105-13-1. 2012.
  • Стаффорд П., Гальперин Р., Легутки Дж. Б., Маги Д.М., Гальгиани Дж., Джонстон С.А.: "Физическая характеристика" иммуно-сигнатурного эффекта ", Дои:10.1074 / mcp.M111.011593, Молекулярная и клеточная протеомика. 2012 г.
  • Kukreja M, Johnston SA, Stafford P: "Сравнительное исследование алгоритмов классификации данных иммуносигнализации", Дои:10.1186/1471-2105-13-139, BMC Bioinformatics. 2012 г.
  • Hughes A, Cichacz Z, Scheck A, Coons SW, Johnston SA, Stafford P: «Иммуносигментация может обнаруживать продукты из молекулярных маркеров при раке мозга», Дои:10.1371 / journal.pone.0040201, PLoS ONE, 2012.
  • Чейз Б.А., Джонстон С.А. и Легутки Дж.Б. «Оценка подготовки биологических образцов для диагностики на основе иммуносигнатур», Дои:10.1128 / CVI.05667-11, Клиническая и вакцинная иммунология, 2012.
  • Kroening K, Johnston SA, Legutki JB. «Аутореактивные антитела, продуцируемые собственными пептидами de novo, могут идентифицировать неродственные антигены на белковом микрочипе», Дои:10.1016 / j.yexmp.2012.03.002, Экспериментальная и молекулярная патология, 2012.
  • Рестрепо Л., Стаффорд П., Джонстон С.А. «Возможность проведения раннего диагностического теста на иммуносигнатуру болезни Альцгеймера», Дои:10.1016 / j.jneuroim.2012.09.014, Журнал нейроиммунологии, 2012.
  • Сайкс К., Легутки Дж. Б., Стратфорд П. "Иммуносигнализация: критический обзор", DOI: 10.1016 / j.tibtech.2012.10.012, Cell Press, 2012.
  • Johnston SA "Здравоохранение по почте", http://www.zocalopublicsquare.org/2011/09/12/dear-john-you-have-psoriasis/ideas/nexus/
  • Легутки Дж. Б., Джонстон С. А.: «Иммуносигнатуры могут предсказать эффективность вакцины», Труды Национальной академии наук Дои:10.1073 / pnas.130939011, 2013.
  • Навалкар К.А., Джонстон С.А., Вудбери Н., Гальгиани Дж., Маги Д.М., Чикач З., Стаффорд П. «Применение иммуносигнатур для диагностики лихорадки долины», Дои:10.1128 / CVI.00228-14, Клиническая и вакцинная иммунология, 2014.
  • Уильямс С., Стаффорд П., Хоффман С.А. «Диагностика и раннее обнаружение СКВ ЦНС у мышей MRL / lpr с использованием пептидных микрочипов», Дои:10.1186/1471-2172-15-23, BMC Immunology, 2014.
  • Стаффорд П., Цихач З., Вудбери Н., Джонстон С.А. «Система иммуносигнатур для диагностики рака», DOI: 10.1073 / pnas.1409432111, PNAS, 2014.
  • Легутки Дж. Б., Чжао З. Г., Гревинг М., Вудбери Н., Джонстон С. А., Стаффорд П. «Масштабируемые массивы пептидов высокой плотности для комплексного мониторинга здоровья», DOI: 10.1038 / ncomms5785, Nature Communications, 2014.