Перечень доступных методик диагностики в последние десятилетия быстро расширяется, диагносты пытаются в новых методах объединить преимущества всех прежних анализов, избавившись от всех их прежних недостатков.
В последнее время все чаще в перечне диагностических процедур фигурирует иммуноферментный анализ - современный и достаточно новый тест, о котором мало известно обычному человеку, не связанному с медициной. Тем не менее эта методика стремительно пополняет ряды своих приверженцев среди квалифицированного медперсонала. Что она представляет собой и в каких случаях ее следует использовать, можно попытаться разобраться, ознакомившись с ее особенностями и главными характеристиками.
Иммуноферментное исследование - инструментально-лабораторная методика, построенная на молекулярной реакции «антиген-антитело», позволяющая обнаруживать специфичные белки в биологических материалах (образцах для исследования). Такими белками могут быть энзимы, разнообразные микроорганизмы (вирусы, бактерии, грибки), простейшие и т. д.
После открытия метода ему было дано название ELISA-тест, что не имеет отношения к имени первооткрывателей, а является аббревиатурой полного названия в английском варианте - enzyme-linked immunosorbent assay. Медики всего мира используют это название, некоторые врачи в русскоязычных странах тоже так называют этот тип исследования.
Основной принцип метода заключается в молекулярной реакции «антиген-антитело».
Антигеном является любая чужая молекула, попавшая в человеческий организм в составе микроба-возбудителя болезни. Антигены представляют собой, как правило, белковые молекулы. Кроме микроорганизмов таким «чужаком» могут быть клетки чужой крови, не совпадающие по группе или резус-фактору.
В ответ на попадание такого антигена в организме запускается иммунная реакция, которая направлена на защиту от любых чужих молекул. Это происходит за счет синтеза специальных агентов иммунной системы - антител (иммуноглобулинов). Каждое антитело подходит только к определенному антигену, и нейтрализует патогенного «чужака», связываясь с ним в единый комплекс. Именно процесс такого связывания и называют реакцией «антиген-антитело».
Виды антител
Все антитела (иммуноглобулины) делятся на 5 видов в зависимости от того, на каком этапе иммунного ответа они появляются:
Для ИФА-диагностики чаще всего важны уровни иммуноглобулинов IgG, IgM и IgA. По их титрам можно узнать, переболел ли человек болезнью раньше или заразился в недавнем времени, выработался ли у него иммунитет или его организм беззащитен перед патологией.
Достоинства и недостатки иммуноферментного анализа
На данный момент ИФА - один из самых точных и чувствительных методов. Он взят на вооружение специалистами в разных областях медицины и продолжает расширять сферы применения.
Преимущества метода
- Высокая точность полученных данных.
- Чувствительность (позволяет обнаружить необходимое вещество даже при минимальном присутствии возбудителя в образце).
- Возможность диагностики в первые дни болезни или в инкубационном периоде.
- Скорость получения данных в сравнении с другими методиками подобной точности.
- Высокая автоматизация процесса и минимальное участие человека, что снижает погрешность исполнителя.
- Получение данных о стадии патологического процесса и эффективности выбранной терапии.
- Безболезненность и малая инвазивность при отборе материала.
Недостатки метода
- В большинстве случаев позволяет определять ответ организма на патогенный агент, а не самого возбудителя.
- Перед исследованием должно быть точно известно предполагаемое заболевание, так как тест высокоспецифичен.
- Вероятность ложных показателей, вызванных техническими моментами, приемом лекарственных средств, одновременным присутствием нескольких хронических заболеваний или нарушениями обменных процессов в организме больного.
- Интерпретацию результатов должен делать только высококвалифицированный специалист, так как для трактовки полученных данных необходимо владеть специальной подготовкой и большим запасом медицинских знаний в определенной области.
- ИФА - достаточно редкий анализ, поэтому выполняют его далеко не во всех диагностических лабораториях.
- Метод довольно дорогой, так как помимо реактивов в лаборатории должно быть дорогостоящее многочисленное оборудование и образцы антигенов, изготавливаемых в специальных институтах.
В каких случаях используют иммуноферментный анализ
Полный перечень показаний к назначению иммуноферментного исследования очень широк, он включает в себя практически все отрасли медицины.
Чаще всего ИФА применяют для таких целей:
- выявление инфекционных заболеваний;
- диагностика венерических болезней;
- определение иммунного статуса или отдельных аутоиммунных заболеваний;
- идентификация онкомаркеров;
- определение гормонов.
В случае инфекционных и вирусных заболеваний методика позволяет выявить следующие патологии:
Кроме того, ИФА позволяет быстро и эффективно определить инфарктное состояние, оценить репродуктивный потенциал организма, выявить аллергию, ее источник и пр.
Иммуноферментная методика используется для проведения клинических исследований в ходе разработки новых лекарственных препаратов и в оценке их влияния на организм человека.
Типы образцов и методы их отбора для исследования
Чаще всего исследуемым материалом для иммуноферментного анализа служит кровь, которую берут из локтевой вены пациента. Отбор пробы проводится натощак, преимущественно в утреннее время. После отбора из крови отделяют и убирают те форменные клетки, которые мешают проведению исследования, оставляя только сыворотку.
При диагностировании мочеполовых инфекций часто материалом становятся мазки из слизистых тканей половых органов, слизь из уретры или шейки матки, образцы из прямой кишки, соскобы с эрозий или язв в области паха и с других участков тела. Мазки могут брать и с ротовой полости, а также с носоглотки.
Иногда иммуноферментное обследование используется в акушерской и гинекологической практике во время беременности для определения состояния околоплодных вод. В таком случае образцом становится амниотическая жидкость. Для этого отбирают небольшое количество жидкости, проколов плодный пузырь длинной иглой. Все манипуляции проводят стерильным инструментом, чтобы минимизировать возможные риски.
Нередко материалом становится спинномозговая или серозная жидкость. Это происходит при местной анестезии, которая вводится инъекционно.
Уточнить, какой тип материалов необходим для иммуноферментного анализа, должен специалист, направляющий на исследование. Часто берутся образцы сразу нескольких типов или из разных мест. Про подготовку к сдаче биоматериала пациенту тоже должен рассказать врач, выдающий направление на этот тип обследования.
Подготовка к иммуноферментному анализу
Для увеличения точности данных, полученных после иммуноферментного обследования, подготовка к отбору материала должна быть такой:
- за 10 суток до исследования исключить антибиотики, противовирусные и антимикотические препараты;
- за сутки необходимо исключить спиртное, курение и прием наркотических веществ;
- в этот же период необходимо избегать физического перенапряжения;
- предупредить специалиста, выписывающего назначение, о всех лекарствах, которые пациент принимает;
- оповестить врача в случае беременности или подозрении на беременность.
Лучше всего, если материалы для тестирования будут отобраны утром натощак.
Если диагностика ставит цель определить состояние гормонального фона, то важно обеспечить себе спокойное состояние накануне и избегать нервного напряжения. Для женщин сдача крови на гормоны четко определяется периодом месячного цикла, о чем будет сказано врачом в момент назначения.
За 2-3 дня до отбора материала нужно исключить из меню жареное и жирное, а перед анализом на гепатит не есть цитрусовые и любые другие фрукты и овощи оранжевого и желтого цвета.
Расшифровка результатов иммуноферментного анализа
Результат качественного исследования, как правило, обозначается знаками «+» (обнаружено) или «-» (не обнаружено).
По наличию или отсутствию определенных групп иммуноглобулинов можно делать такие выводы:
- JgM (-), JgG (-), JgA (-) - иммунитет к заболеванию полностью отсутствует (с таким типом антигена организм ранее не сталкивался);
- JgM (-), JgG (+), JgA (-) - ранее было столкновение с данным антигеном или с вакциной;
- JgM (+), JgG (-/+), JgA (-/+) - острый патологический процесс (скорее всего первичный);
- JgM (-), JgG (+/-), JgA (+/-) - процесс хронического течения;
- JgM (+), JgG (+), JgA (+) - рецидив;
- JgM (-) - стадия выздоровления.
Количественные значения несут большую информационную нагрузку, но трактовать их способен только лечащий врач, исходя из предыдущих показаний, возраста пациента, норм для каждого конкретного заболевания. Именно по этой причине оценивать результаты самостоятельно нельзя.
Сколько необходимо ждать результаты
Данная методика имеет много разновидностей, в зависимости от которых и определяется срок получения данных на руки. Средняя продолжительность ИФА-диагностики составляет 4-6 часов, что позволяет выдать результаты уже на следующий день.
Самые продолжительные методики занимают до 10 дней, например, в случае выявления ВИЧ-инфекции.
При острой необходимости возможно применение экспресс-методик, при которых ответ получают уже через 1-2 часа.
Где можно пройти ИФА тестирование
Поскольку оборудование для проведения такого типа диагностики довольно дорогое, то приобрести его могут не все лаборатории. Кроме того, тесты, содержащие специфические антигены, имеют ограниченный срок годности (обычно около 1 года), поэтому нуждаются в постоянном обновлении.
По этим причинам в государственных медицинских учреждениях ИФА-лаборатории есть далеко не всегда. Чаще всего необходимо обращаться в большие частные медицинские или крупные диагностические центры.
Для проведения ИФА-исследования лаборатория должна иметь специальную лицензию, а персонал и лаборанты должны пройти специальное обучение.
Чаще всего конкретный диагностический центр или лабораторию рекомендует врач, направляющий пациента на обследование.
Стоимость иммуноферментного исследования
Цена на данное исследование зависит от региона страны и от уровня клиники, предоставляющей услугу. В Москве минимальная цена за определение одного антигена стартует от 700 руб. Если необходимо выявить сразу несколько иммуноглобулинов, то цена будет суммироваться.
В случае срочного анализа стоимость увеличивается на 150-200 руб. за каждый антиген.
Несмотря на достаточно высокую стоимость, иммуноферментный анализ позволяет сделать обследование пациента максимально информативным и быстрым, что сокращает время до начала лечения и позволяет быстрее стабилизировать состояние человека.
На данном видео представлен фильм «Основы иммуноферментного анализа».
Иммуноферментный анализ выявляет специфические антитела или антигены к ряду заболеваний. Благодаря технологии диагностики обнаруживаются вещества белкового происхождения. Лечащий врач дает разъяснения, почему ИФА положительный и что это значит. Для постановки диагноза учитываются результаты теста и анамнез пациента.
Что это значит
Метод исследования начал применяться несколько десятилетий назад. С тех пор усовершенствовалась технология проведения, возросла точность результатов. Преимуществом диагностики является высокая чувствительность. Есть и недостаток — методика подразумевает поиск заданного агента, т.е. необходимо предполагать его присутствие в организме.
Инородная частица (антиген) попадает в организм вместе с возбудителем инфекции (агентом). Антигеном может являться также частица чужой крови, не совпадающая по группе. Наличие таких факторов вызывает иммунную реакцию. В результате сложных нейронных процессов происходит выработка иммуноглобулинов. Они соединяются с чужеродными молекулами, создавая иммунный комплекс. В такой форме организм легче распознает частицы и уничтожает их силами иммунной системы. Каждому типу микроорганизма соответствуют вырабатываемые специфические антитела.
Для проведения тестирования производится забор крови из вены. Затем из материала удаляются форменные соединения, которые могут препятствовать проведению исследования. Иногда в качестве биологического материала производится забор образцов слизистой оболочки или спинномозговой жидкости, в ряде случаев производится анализ околоплодных вод. В лаборатории используются специальные планшеты, в лунках которых находятся подготовленные частицы патогенных микроорганизмов. Лаборант помещает туда забранный материал и наблюдает, образуются ли иммунные соединения.
Для получения точных результатов сдавать анализ необходимо натощак. За 2 недели до сдачи материала следует прекратить прием противовирусных лекарственных средств и антибиотиков.
Анализ позволяет подтвердить следующие заболевания:
- токсоплазмоз;
- герпес различных типов;
- цитомегаловирус;
- сальмонеллез;
- дизентерия;
- хеликобактериальная инфекция;
- корь;
- клещевой энцефалит;
- краснуха;
- заболевания половой системы;
- гепатит.
Это неполный список назначений, в него также входит ветряная оспа, сифилис и другие заболевания, в том числе вызываемые различными кокками.
Обнаружение хотя бы одного иммуноглобулина говорит о том, что результат ИФА положительный:
- Об острой стадии инфекционной патологии говорит обнаружение IgM. Это подтверждает одновременное присутствие IgA. Отрицательный результат в некоторых случаях может означать хронизацию заболевания.
- Положительный показатель IgA сигнализирует о заболевании, протекающем в скрытой форме, или о наличии хронического процесса.
- Обнаружение IgG в разных случаях может означать наличие хронической формы болезни или указывать на ремиссию.
В бланке может быть указана информация только о наличии или отсутствии возбудителя. В ряде случаев указывается количественный показатель. Иногда исследование направлено на определение уровня концентрации антител. Для этого определяется коэффициент позитивности ИФА. Этот показатель позволяет определить, как долго протекает патологический процесс в организме.
Что делать
Врач-инфекционист занимается диагностикой и лечением болезней инфекционного характера, поэтому в большинстве случаев назначает исследование этот специалист.
Если ИФА показал положительный результат, следует обратиться к врачу. Недопустимо самостоятельно делать выводы, проводить лечение. Самостоятельно разобраться в показателях сложно, расшифровку результатов необходимо получить у специалиста.
На показатели в анализе крови могут влиять такие факторы, как курение, употребление алкоголя, применение некоторых групп препаратов. Врач может назначить повторное обследование для исключения погрешности в результатах. Иногда для подтверждения диагноза назначаются дополнительные виды исследований.
Не следует преждевременно делать выводы при положительном тесте. Однако своевременно проведенное исследование позволит установить заболевание и назначить необходимое лечение.
Вконтакте
В связи с развитием клеточных технологий, молекулярной биологии, генетики, физики, химии и ряда других высокотехнологичных дисциплин в повседневную практику внедряются новые высокоточные и высокотехнологичные методы. Данные междисциплинарные тенденции затрагивают и область медицинских знаний, и смежные области биологических, биохимических проблем. За последние десять лет получил широкое распространение и внедрение в массовую практику метод клинической лабораторной диагностики под названием иммуноферментный анализ.
Вообще технологии иммунологических ферментативных и радиологических реакций широко использовались в типировании клеток, культур клеток, различных тканей с начала 80-х годов XX столетия. Однако методы эти были очень трудоемкими, не унифицированными, не стандартизированными, что исключало их использование в лечебно-диагностических целях в массовом порядке. Такими методами пользовались лишь узкие, наукоемкие и высокоспециализированные лаборатории.
Однако с развитием техники, микротехники, производства различных биополимерных материалов стало возможным производить готовые наборы иммуноферментной диагностики, которыми смогут пользоваться лаборатории лечебно-профилактических учреждений широкого профиля. ИФА широко используется для диагностики всевозможных инфекций (хламидиоз , сифилис , цитомегаловирус , токсоплазмоз , герпес и т.д.), как острых, так и хронических, а также скрытых форм, которые протекают без клинических симптомов.Также этот метод применяют для контроля над хроническими заболеваниями. Давайте постараемся разобраться, что это за метод, и какие принципы лежат в его основе?
Компоненты иммуноферментного анализа – иммунная реакция и ферментативная реакция
Иммуноферментный анализ, как видно из названия, состоит из двух разных компонентов – иммунной реакции и ферментативной реакции. Иммунная реакция производит связывание биологических молекул, элементов клетки или микроорганизма, которые собственно и пытаются обнаружить, а ферментная реакция позволяет увидеть и измерить результат иммунологической реакции. То есть иммунная реакция – это часть комплексной методики, которая собственно обнаруживает искомый микроб. А ферментная реакция – это та часть комплексной методики, которая позволяет перевести результат иммунной реакции в форму, видимую глазом, и доступную для измерения рутинными химическими методиками. Исходя из такой структуры метода иммуноферментного анализа, разберем обе его части по отдельности.Иммунная реакция, что это? Что такое антитело, антиген?
Что такое иммунная реакция? Что такое антиген?
В первую очередь разберем, что такое иммунные реакции. Иммунные реакции – это специфические реакции связывания антигена с антителом с образованием иммунного комплекса. Что это значит? На поверхности каждой клетки любого организма имеются особые структуры, которые называются антигены . Антигены в целом – это молекулы, которые несут информацию о клетке (подобно информации на бейдже у человека, где указываются основные данные этого человека).
Индивидуальные и видовые антигены – что это? Зачем нужны эти антигены?
Имеются антигены индивидуальные , то есть присущие только данному конкретному организму. Эти индивидуальные антигены разные у всех людей, есть похожие друг на друга, но все равно отличающиеся. Двух одинаковых копий индивидуальных антигенов в природе не существует!
Второй основной тип антигенов – это видовые антигены , то есть присущие какому-либо конкретному виду живых существ. Например, у человека присутствует свой видовой антиген, общий для всех людей, у мышей имеется свой мышиный видовой антиген и т.д. На поверхности каждой клетки обязательно присутствуют видовой и индивидуальный антиген.
Видовой антиген используют клетки иммунной системы для опознавания «свой – чужой».
Как происходит узнавание антигена?
Иммунная клетка связывается с подозрительной клеткой и проводит опознание именно по индивидуальному антигену. В памяти иммунной клетки «записано» как выглядит «свой антиген». Таким образом, если антиген подозрительной клетки совпадает с описанием «свой антиген», значит, эта клетка собственного организма и опасности не представляет. Тогда иммунная клетка «отвязывается» и уходит. А если антиген не совпадает с описанием «свой», тогда иммунная клетка идентифицирует эту клетку как «чужой», а значит потенциально опасный для всего организма. В этом случае иммунная клетка не «отвязывается», а начинает уничтожать опасный объект. Точность такого иммунологического узнавания поражает воображение – 99,97%. Ошибок практически не бывает!
Что такое антитело, иммунный комплекс?
А что представляет собой антитело?
Антитело – это особая молекула, расположенная на поверхности иммунной клетки. Именно антитело и связывается с антигенами подозрительной клетки. Далее антитело передает информацию внутрь клетки, где происходит опознавание, и получает обратный сигнал двух видов «свой» или «чужой». При сигнале «свой» антитело разрушает связь с антигеном и отпускает клетку.
Что такое иммунный комплекс?
При сигнале «чужой» ситуация разворачивается иначе. Антитело не разрывает связь с антигеном, а наоборот, посылая специфические сигналы, вызывает «подкрепление». Биологически это означает, что другие антитела, находящиеся в другой части клетки, начинают перемещаться к участку, откуда идет сигнал опасности, и также образуют связь между собой и пойманным антигеном. В конце концов, антиген оказывается, окружен со всех сторон и прочно привязан.Такой комплекс антиген + антитело называется иммунный комплекс
. С этого момента начинается утилизация антигена. Но сейчас подробности процесса нейтрализации антигена нас не интересуют.
Виды антител (IgA
,
IgM
,
IgG
,
IgD
,
IgE
)
Антитела – это белковые структуры, которые, соответственно, имеют химическое название, которое и используется как синоним слова антитела. Итак, антитела = иммуноглобулины
.
Существуют 5 типов иммуноглобулинов (Ig) , которые связываются с разными видами антигенов в разных местах человеческого организма (например, на коже, на слизистых, в крови и т. д.). То есть антитела имеют разделение труда. Эти иммуноглобулины называются буквами латинского алфавита – A, M, G, D, E и обозначаются следующим образом – IgA, IgM, IgG, IgD, IgE.
В диагностике используют только один вид антител, который наиболее специфичен в отношении определяемого микроба. То есть связывание данного вида антител с определяемым антигеном происходит всегда. Чаще всего применяются IgG и IgM.
Именно этот принцип иммунной реакции (уникальная точность и специфичность узнавания определяемого биологического объекта) лежит в основе иммуноферментного анализа.В силу высокой точности антител в узнавании антигенов, точность всего метода иммуноферментного анализа оказывается также высочайшей.
Ферментативная реакция
Какая реакция – ферментативная? Что такое сродство, субстрат и продукт реакции?
Перейдем к рассмотрению ферментативной реакции в работе метода иммуноферментного анализа.Что такое ферментативная реакция?
Ферментативная реакция – это химическая реакция, при которой одно вещество под действием фермента превращается в другое. Вещество, на которое действует фермент,называется субстратом . А вещество, которое получается в результате воздействия фермента, называется продуктом реакции . Причем особенность ферментативной реакции такова, что определенный фермент действует только на определенный субстрат. Такое свойство фермента узнавать «свой» субстрат называется сродством .
Таким образом, каждый фермент проводит только одну, специфичную для него реакцию. Ферментов в биологическом мире известно великое множество, равно как и ферментативных реакций. В иммуноферментной диагностике используется лишь несколько ферментативных реакций – не более 10.При этом выбирали такие ферментативные реакции, продуктом которых являются окрашенные вещества. Почему же продукты ферментативной реакции должны быть окрашенными? Потому что для вычисления концентрации вещества по окрашенному раствору существует простой химический метод – колориметрия .
Метод колориметрии – суть и принцип
Колориметрия
применяет измерение плотности окраски раствора, а по плотности окраски вычисляют концентрацию вещества.При этом специальный прибор – колориметр измеряет плотность окраски раствора. В колориметрии возможны два варианта зависимости плотности окраски от концентрации вещества – это прямо пропорциональная зависимость или обратно пропорциональная зависимость. При прямо пропорциональной зависимости, чем выше концентрация вещества, тем интенсивнее плотность окраски раствора. При обратно пропорциональной зависимости, чем выше концентрация вещества, тем ниже плотность окраски раствора. Технически это происходит так: берется несколько растворов с известной концентрацией вещества, измеряется плотность этих растворов, строится график зависимости концентрации от плотности окраски (калибровочный график
).Далее измеряют плотность окраски раствора, концентрацию которого выясняют, и по калибровочному графику находят значение концентрации, соответствующее уровню измеренной плотности окраски раствора.В современных автоматических колориметрах только один раз проводят калибровку, далее аппарат сам строит калибровочную кривую, которая остается в памяти прибора, и измерение происходит автоматически.
В иммуноферментном анализе чаще всего применяются следующие ферменты: пероксидаза, щелочная фосфатаза , авидин.
Как же совмещаются иммунологическая и ферментативная реакция в иммуноферментном анализе? Сейчас мы перейдем к рассмотрению собственно иммуноферментного анализа. Какие этапы он включает и что происходит при протекании этих реакций? Иммуноферментный анализ бывает прямой и непрямой .
Прямой иммуноферментный анализ – этапы проведения
В прямом иммуноферментном анализе используют антитела к выявляемому антигену, соединенные со специфической меткой. Эта специфическая метка и есть субстрат ферментативной реакции.
Прикрепление антигенов к поверхности лунки и соединение антигена с антителом
Как проходит прямой иммуноферментный анализ? Берется биологический материал (кровь, соскобы со слизистых, мазки) и помещается в специальные лунки. Биологический материал оставляют в лунках на 15-30 минут, чтобы антигены могли приклеиться к поверхности лунок. Далее в эти лунки добавляют антитела к выявляемому антигену. Это значит, что выявляя антигены, например, сифилиса, добавляются антитела против антигенов сифилиса. Эти антитела получают промышленным способом, а лаборатории покупают уже готовые наборы.Данную смесь исследуемого материала и антител оставляют на некоторое время (от 30 минут до 4-5 часов), чтобы антитела смогли найти и связаться со «своим» антигеном.Чем больше в биологической пробе антигенов, тем больше антител свяжется с ними.
Удаление «лишних» антител
Как было указано, антитела к тому же связаны со специфической меткой.Поскольку антитела добавляются в избытке, то не все они свяжутся с антигенами, а если антигена вообще нет в пробе, то, соответственно, ни одно антитело не свяжется с искомым антигеном. Для того чтобы убрать «лишние» антитела, содержимое из лунок просто выливают. В результате этого все «лишние» антитела убираются, а остаются те, которые связались с антигенами, поскольку антигены «приклеены» к поверхности лунок. Лунки несколько раз ополаскивают специальным раствором, который позволяет вымыть все «лишние» антитела.
Далее начинается второй этап – ферментативная реакция. В промытые лунки добавляют раствор с ферментом и оставляют на 30-60 минут. Данный фермент имеет сродство к веществу (специфической метке), с которым связаны антитела. Фермент проводит реакцию, в результате которой эта специфическая метка (субстрат) превращается в окрашенное вещество (продукт). Затем методом колориметрии находят концентрацию этого окрашенного вещества. Поскольку данная специфическая метка связана с антителами, значит, концентрация окрашенного продукта реакции равна концентрации антител. А концентрация антител равна концентрации антигенов. Таким образом, в результате проведенного анализа мы получаем ответ, какова концентрация выявляемого микроба или гормона.
Именно так проходит прямой иммуноферментный анализ. Однако сегодня чаще используют непрямой иммуноферментный анализ, поскольку чувствительность и точность непрямого выше, чем прямого. Итак, перейдем к непрямому иммуноферментному анализу.
Непрямой иммуноферментный анализ – этапы проведения
В непрямом иммуноферментном анализе два этапа. При проведении первого этапа используют немеченые антитела к выявляемым антигенам, а во втором этапе применяют меченые антитела к первым немеченым антителам. То есть получается не прямое связывание антитела с антигеном, а двойной контроль: связывание антител с антигеном, после чего связывание вторых антител с комплексом антитело + антиген. Как правило, антитела для первого этапа – мышиные, а для второго – козьи.Фиксация антигенов на поверхности лунки и связывание антигена с немеченым антителом
Так же как и для прямого иммуноферментного анализа производится забор биологического материала – кровь, соскобы, мазки. Исследуемый биологический материал вносят в лунки и оставляют на 15-30 минут для приклеивания антигенов к поверхности лунок. Затем в лунки вносят немеченые антитела к антигенам и оставляют на промежуток времени (1-5 часов), чтобы антитела связались со «своими» антигенами и образовали иммунный комплекс (первый этап
). После чего удаляют «лишние», не связавшиеся антитела, путем выливания содержимого лунок. Производят промывку специальным раствором для полного удаления всех не связавшихся антител.
Связывание меченого антитела с комплексом антиген + немеченое антитело
После чего берут вторые антитела – меченые, добавляют в лунки и опять оставляют на некоторое время – 15-30 минут (второй этап
). За это время меченые антитела связываются с первыми – не мечеными и образуют комплекс – антитело + антитело + антиген. Однако и меченые, и не меченые антитела вносятся в лунки в избытке. Поэтому нужно опять удалить «лишние», уже меченые антитела, которые не связались с немечеными антителами. Для этого повторяют процедуру выливания содержимого лунок и промывки специальным раствором.
Ферментативная реакция – образование окрашенного соединения
После чего вносят фермент, осуществляющий реакцию превращения «метки» в окрашенное вещество. Окраска развивается в течение 5-30 минут. Затем проводят колориметрию и вычисляют концентрацию окрашенного вещества. Поскольку концентрация окрашенного вещества равна концентрации меченых антител, а концентрация меченых равна концентрации немеченых антител, которая, в свою очередь равна концентрации антигена. Таким образом, получаем концентрацию выявляемого антигена.
Такой двойной контроль в виде использования двух видов антител позволил повысить чувствительность и специфичность метода иммуноферментного анализа. Несмотря на удлинение времени проведения анализа и включение дополнительных этапов, эти потери компенсируются точностью результата. Именно поэтому в настоящее время подавляющее большинство методик иммуноферментного анализа – это непрямой иммуноферментный анализ.
Какие заболевания выявляют методом иммуноферментной диагностики?
Перейдем к рассмотрению того, какие заболевания и какие биологически активные вещества выявляются методом иммуноферментного анализа. Вещества, выявляемые методом иммуноферментного анализа, представлены в таблице.| Гормоны и маркеры заболеваний щитовидной железы | Тиреопероксидаза (ТПО) |
| Тиреоглобулин (ТГ) | |
| Тиреотропный гормон (ТТГ) | |
| Тироксин (Т4) | |
| Трийодтиронин (Т3) | |
| Свободный тироксин (Т4) | |
| Свободный трийодтиронин (Т3) | |
| Диагностика репродуктивной функции | Лютеинизирующий гормон (ЛГ) |
| Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) | |
| Пролактин | |
| Прогестерон | |
| Эстрадиол | |
| Тестостерон | |
| Кортизол | |
| Стероид связывающий глобулин (ССГ) | |
| Альфафетопротеин (АФП) | |
| Онкомаркеры | Хорионический гонадотропин (ХГ) |
| Простатспецифический антиген (ПСА) | |
| СА – 125 | |
| СА – 19.9 | |
| CYFRA – 21-1 | |
| М – 12 (СА – 15.3) | |
| MUC – 1 (M – 22) | |
| MUC1 (M – 20) | |
| Альвеомуцин | |
| К – цепь | |
| L – цепь | |
| Фактор некроза опухолей (ФНОα) | |
| γ – интерферон | |
| Раково-эмбриональный антиген (РЭА) | |
| Диагностика инфекционных заболеваний |
Самойликов Павел Владимирович интерн кафедры «Клинической лабораторной диагностики»
Российский государственный медицинский университет
Методы иммунного анализа широко вошли в медицинскую практику. Во всех областях современной медицины используется иммунный анализ, преимущественно, с диагностической и аналитической целями. Особенно важно, что они дают возможность идентифицировать биологические компоненты (гормоны, ферменты, нейропептиды, продукты иммунной системы, антигены и т.д.) в низких и очень низких концентрациях. Все продукты, против которых возможно получение антител, выявляются этими методами.
Иммунный анализ основывается на взаимодействии антигена (АГ) и антитела (АТ) с использованием различных вариантов мечения одного из компонентов (фермент, радионуклид, флуоресцентный краситель и другие). Оценка реакции проводится автоматически на специальной аппаратуре, что позволяет стандартизировать эти методы.
В зависимости от типа используемой метки и условий постановки теста иммунный анализ обозначается как иммуноферментный (ИФА), радиоиммунный (РИА), иммунофлуоресцентный и другие. При постановке реакций в один или несколько этапов они обозначаются как прямые или непрямые. Имеет значение среда, в которой проводится реакция. Если реакция проводится с реагентами, фиксированными на поверхности, то тест обозначается как твердофазный, например ELISA (enzyme linked immunosorbent assay).
В данной работе будет рассмотрен только иммуноферментный анализ – метод широко распространенный в биологии и медицине, как практической, так и фундаментальной.
ИФА появился в середине 60-х годов и первоначально был разработан как метод для идентификации антигена в гистологическом препарате, а также для визуализации линий преципитации в тесте иммунодифузии и иммуноэлектрофореза, а затем стал использоваться для количественного определения антигенов и антител в биологических жидкостях. В разработке метода принимали участия Е. Энгвалл и Р. Пэлман, а также независимо от них В. Ван Вееман и Р. Шурс.
Рисунок 1. Основной принцып ИФА.
1) Для выявления антигенов. 2) Для выявления антител.
Метод основан на специфическом связывании антитела с антигеном, при этом один из компонентов конъюгирован с ферментом, в результатереакции с соответствующим хромогенным субстратом образовывается окрашенный продукт, количество которого можно определить спектрофотометрически (рис. 1).
Открытие возможности иммобилизации антигена и антитела на различных носителях с сохранением их связывающей активности позволило расширить использование ИФА в различных областях биологии и медицины.
Появление моноклональных антител послужило дальнейшему развитию ИФА, что позволило повысить его чувствительность, специфичность и воспроизводимость результатов.
Теоретически ИФА основывается на данных современной иммунохимии и химической энзимологии, знании физико-химических закономерностей реакции антиген-антитело, а также на главных принципах аналитической химии. Чувствительность ИФА и время его проведения определяется несколькими основными факторами: кинетическими, термодинамическими характеристиками реакции антиген-антитело, соотношением реагентов, активностью фермента и разрешающей способностью методов его детекции. В общем виде реакция антиген-антитело может быть описана простой схемой:
+[АГ]↔[АТАГ]
Разнообразие объектов исследования от низкомолекулярных соединений до вирусов и бактерий, а также необычайно широкий круг задач, связанных с многообразием условий применения ИФА, обусловливают разработку чрезвычайно большого количество вариантов этого метода.
Любой вариант ИФА содержит 3 обязательные стадии:
1. стадия узнавания тестируемого соединения специфическим к нему антителом, что ведет к образованию иммунного комплекса;
2. стадия формирования связи конъюгата с иммунным комплексом или со свободными местами связывания;
3. стадия превращения ферментной метки в регистрируемый сигнал.
В основу классификации методов ИФА положено несколько подходов:
1. По типу реагентов, присутствующих на первой стадии ИФА, различают конкурентный и неконкурентный методы.
А) В конкурентном ИФА на первой стадии в системе присутствуют одновременно анализируемое соединение и его аналог, меченный ферментном и конкурирующий за центры специфического связывания с ним.
Б) Для неконкурентных методов характерно присутствие в системе на первой стадии только анализируемого соединения и специфичных к нему центров связывания.
2. Все методы ИФА делются на гомогенные и гетерогенные.
Если все три стадии ИФА проходят в растворе и между основными стадиями нет дополнительных этапов разделения образовавшихся иммунных комплексов от непрореагировавших компонентов, метод относится к группе гомогенных.
В основе гомогенного ИФА, применяемого, как правило, для определения низкомолекулярных субстанций, лежит ингибирования активности фермента при его соединении с антигеном или антителом. Активность фермента восстанавливается в результате реакции антиген-антитело.
При связывании антитела с антигеном, содержащим ферментную метку, происходит ингибирование активности фермента на 95% по отношению к высокомолекулярному субстрату, что обусловлено стерическим исключением субстрата из активного центра фермента. По мере увеличения концентрации антигена связывается все больше антител и сохраняется все больше свободных конъюгатов антиген-фермент, способных гидролизовать высокомолекулярный субстрат. Анализ проводят очень быстро, для одного определения требуется 1 минута. Чувствительность метода достаточно высока. С его помощью можно определить вещество на уровне пикомолей.
Для гетерогенных методом характерно проведение анализа в двухфазной системе с участием твердой фазы – носителя, и обязательная стадия разделения иммунных комплексов от непрореагировавших компонентов (отмывка), которые находятся в разных фазах (образовавшиеся иммунные комплексы находятся на твердой фазе, а непрореагировавшие комплексы – в растворе). Гетерогенные методы, в которых формирование иммунных комплексов на первой стадии протекает на твердой фазе, называют твердофазными методами.
Методы относятся к гомогенно- гетерогенным, если 1 стадия – образование специфических комплексов происходит в растворе, а затем для разделения компонентов используют твердую фазу с иммобилизированным реагентом.
3. По принципу определения тестируемого вещества:
А) Прямое определение концентрации вещества (антигена или антитела) по числу провзаимодействующих с ним центров связывания. В этом случае ферментная метка будет находиться в образовавшемся специфическом комплексе АГ-АТ. Концентрация определяемого вещества будет прямо пропорциональна регистрируемому сигналу.
Б) Определение концентрации вещества по разности общего числа мест связывания и оставшихся свободными центров связывания. Концентрация определяемого вещества при этом будет возрастать, а регистрируемый сигнал снижаться, следовательно, в данном случае прослеживается обратная зависимость от величины регистрируемого сигнала.
Ферменты.
Ферментные метки обладают чрезвычайно мощьным каталитическим действием, одна молекула фермента может реагировать с большим количеством молекул субстрата. Таким образом, фермент, присутствующий в ничтожных количествах, можно выявить и количественно определить по образованию продуктов, катализируемой им реакции. Другое преимущество применения ферментов в качестве меток обусловлено наличием в молекуле многочисленных функциональных групп (сульфгидрильных, карбоксильных, остатков тиразина и др.), через которые можно ковалентно присоединить молекулы лиганда.
Ферментные маркеры, используемые в ИФА, должны обладать следующими свойствами:
– высокая активность и стабильность фермента в условиях анализа, при модификации и в конъюгате с антителами или другими белками;
– наличие чувствительных субстратов и простота метода определения продуктов или субстратов ферментативной реакции;
– возможность адаптации субстратных систем к дальнейшему усилению;
– отсутствие фермента и его ингибиторов в исследуемой биологической жидкости.
В ИФА может использоваться не менее 15 различных ферментов. Наибольшее применение, в соответствии с вышеназванными требованиями, нашли пероксидаза хрена (ПХ), щелочная фосфотаза (ЩФ) и β-D-галактозидаза (табл.1). Все три стабильны и катализируют высокочувствительные реакции. Кроме того, продукты, получаемые в результате реакций, катализируемых этими ферментами, в зависимости от используемого субстрата, могут выявляться не только колориметрическими методами, но также флуоресцентными методами. Другие ферменты используются значительно реже. Это объясняется их более низкой в сравнении с ПХ и ЩФ удельной активностью.
Субстраты.
Выбор субстрата в первую очередь определяется используемым в качестве метки ферментом, так как реакция фермент-субстрат высоко специфична.
Основные требования к субстрату:
– обеспечение высокой чувствительности метода при выявлении фермента в конъюгате;
– образование хорошо учитываемых (например, окрашенных) продуктов реакции фермент-субстрат;
– субстрат должен быть безопасным, дешевым, доступным и удобным для применения.
Таблица 1.
Ферменты и их субстраты наиболее широко используемые в ИФА.
Чаще используют хромогенные субстраты, которые, разрушаясь, образуют окрашенное вещество. Перспективным является использование высокоэнергетических субстратов – флуоресцентных, хемипюминесцентных. Применение таких субстратов позволяет теоретически повысить чувствительность ИФА на два порядка.
Антигены и антитела.
АГ и AT, используемые в ИФА, должны быть высокоочишенными и высокоактивными. Кроме того, АГ должны обладать высокой антигенностью, оптимальной плотностью расположения и количеством антигенных детерминант, чужеродностью и гомогенностью. Многие синтетические и рекомбинантные АГ вирусов и бактерий хорошо себя зарекомендовали при использовании в ИФА. Это существенно повысило специфичность и воспроизводимость метода за счет сведения к минимуму перекрестных реакций.
Одним из наиболее важных реагентов в ИФА являются антитела. Чувствительность ИФА зависит от концентрации, активности и специфичности используемых антител. Используемые антитела могут быть поли- или моноклинальными, различного класса (IgG или IgM) и подкласса (IgGl, IgG2), антиаллотипическими или антиидиотипическими. При низкой аффинности AT распад комплекса АГ-АТ приводит к удалению связанного АГ из системы. Чувствительность и специфичность метода повышается при использовании моноклональных антител. В этом случае появляется возможность обнаруживать низкие концентрации АГ (AT) в испытуемых образцах.
Образование конъюгата
Конъюгат – это антиген или антитело, меченные ферментной меткой. Образование коньюгата – один из важных этапов проведения ИФА.
При формировании конъюгата подбирают такой оптимальный метод введения ферментной метки, чтобы оба компонента конъюгата сохраняли свою биологическую активность: фермент - способность взаимодействовать с субстратом, а антиген или антитело - антигенность и антигенсвязывающую активность, соответственно. Наличие меченого, высокоочищенного антигена позволяет использовать конкурентные методы. В этом случае на конечном этапе можно измерять активность конъюгата, не связанного с иммобилизованными антителами, что позволяет избежать процедуры отмывки и делает анализ более удобным. Однако антигены разнообразны по своим физико-химическим свойствам и строению, а значит невозможно разработать универсальные методики для получения конъюгата с антигеном. В этом случае получение конъюгата антигена с ферментом представляет собой отдельную сложную задачу. Приготовление меченых антител для ИФА методически более доступно.
Конъюгирование фермента с иммунохимически активными белками производится различными методами: химическая сшивка, ковалентное связывание молекулы фермента с АГ или AT и образование соединений через нековалентные связи, например, когда связь между ферментом и АГ или AT осуществляется иммунологически, через взаимодействие антиген-антитело.
Наиболее широкое распространение получили ковалентные способы приготовления конъюгатов. Выбор реакции связывания определяется типом доступных функциональных групп в данных белковых молекулах. В качестве реагентов, используемых для введения фермента в молекулы антигенов и антител, используют глутаровый альдегид, периодат натрия и др.
Существует одноэтапный и двухэтапный методы получения конъюгатов с помощью глутарового альдегида. Могут образовываться конъюгаты различных размеров с редуцированной ферментативной активностью (15 - 60 % от свободного фермента). Образовавшийся конъюгат больших размеров может стерически затруднять определение тестируемого вещества. Конъюгаты с относительно низкой молекулярной массой состоят из Fab-фрагмента и одной молекулы фермента.
В результате двухэтапного синтеза, который заключается в поэтапном получении сначала модифицированного с помощью сшивающего агента фермента, его выделении, а затем последующем взаимодействии его с антигеном (антителом), образуются молекулы однородного состава, содержащие 1-2 молекулы фермента на молекулу иммуноглобулина и сохраняющие высокую ферментативную и иммунологическую активность. Однако количество таких образовавшихся конъюгатов невелико (для пероксидазы хрена составляет 5 - 10 %).
Наибольшее практическое применение нашел метод получения иммунопероксидазных конъюгатов, основанный на окислении углеводного компонента фермента периодатом натрия (связывание пероксидазы в конъюгат достигает 70-90 % от начального количества фермента).
Надежный конъюгат должен обладать следующими свойствами:
Высоким антительным тигром и высокой афинностью к антигену, чтобы его можно было использовать в большом разведении, и таким образом, уменьшить неспецифическое связывание;
Достаточной специфичностью в рабочем разведении;
Преобладанием мономерных форм над полимерными, т.к. полимерные формы имеют тенденцию к неспецифической адгезии на пластике, что приводит к высокому фоновому уровню реакции;
Оптимальным молярным соотношением между ферментом и антителами (оптимальное соотношение составляет около 1:1);
Достаточной ферментативной активностью конъюгата. Это свойство определяется главным образом условиями конъюгации и соотношением молекул фермента и антител в конъюгате.
Твердая фаза
В качестве твердой фазы для проведения ИФА можно применять различные материалы: полистирол, поливинилхлорид, полипропилен и другие вещества. Твердой фазой могут служить стенки пробирки, 96-луночные и др. планшеты, шарики, бусины, а также нитроцеллюлозные и другие мембраны, активно сорбирующие белки.
Иммобилизация антигена или антител на твердой фазе возможна тремя путями:
– пассивная адсорбция, основанная на сильных гидрофобных взаимодействиях между белками и синтетической поверхностью;
– ковалентное прикрепление к твердой фазе;
– иммунохимическое и др. (нековалентное и неадсорбционное присоединение).
Пассивная адсорбция белков широко используется при проведении ИФА на платах для титрования, на нитроцеллюлозных мембранах. Пассивная адсорбция идет по принципу насыщения и коррелирует с молекулярной массой адсорбируемого вещества. Адсорбционная поверхность мембран различного типа (нитроцеллюлоза, нейлон и др.) в 100-1000 раз выше, чем у пластика.
Полисахариды и сильногликозилированные белки часто имеют низкую аффинность для полистирола. Необходимы другие методы для их иммобилизации, например, ковалентное присоединение с помощью глутарового альдегида. Ковалентное присоединение эффективно, если в качестве твердой фазы используются гидрофильные бусы (агароза) и полистироловые бусы.
Иммунохимические методы основываются на использовании предварительно адсорбированных «ловушечных» антител для иммобилизации антигена или антител. Антиген, иммобилизованный иммунохимически, в 10 раз активнее, чем пассивно адсорбированный антиген. Могут использоваться лектины или иммуноглобулин-связывающие белки бактерий, которые легко адсорбируются на пластике или других гидрофобных поверхностях, например конканавалин А (Кон А) или стаффилококковый белок А. Кон А способен иммобилизовать gp 120 - белок вируса ВИЧ.
Свободные сайты на поверхности твердой фазы, не связавшиеся с сорбируемым агентом, могут фиксировать в ходе теста другие молекулы, в том числе и конъюгаты, что приводит к повышению фонового сигнала. Для предотвращения неспецифического связывания после иммобилизации на твердую фазу основного материала проводят обработку нейтральными для теста веществами. Наиболее популярные блокирующие агенты - бычий сывороточный альбумин (БСА), казеин и др. Выбор блокирующего агента и условия проведения этого этапа зависят от типа твердой фазы, чувствительности системы.
В настоящее время используется огромное количество всевозможных разновидностей и модификаций ИФА. Широкое распространение получили разные варианты твердофазного иммуноферментного анализа (ELISA).
Твердофазный ИФА был предложен в 1971 году. Основные принципы твердофазного ИФА, независимо от модификации, заключаются в следующем:
1. На 1 этапе реакции адсорбируют антигены или антитела на твердой фазе. При этом не связавшиеся с твердой фазой реагенты легко удаляются отмыванием.
2. В сенсибилизированных лунках инкубируют исследуемый образец. В лунках с положительным контролем – стандартные реагенты. При этом на поверхности твердой фазы формируются иммунные комплексы. Несвязавшиеся компоненты удаляют отмыванием.
3. При добавлении конъюгата антитело-фермент или антиген-фермент и связывании его с иммобилизованным иммунным комплексом активный центр фермента остается доступным для последующего взаимодействия с субстратом. Инкубация субстрата в лунках с иммобилизованным конъюгатом приводит к развитию цветной реакции. Эту реакцию можно остановить на нужной стадии, выраженность окрашивания можно оценить визуально или по оптической плотности.
Важный этап любого варианта твердофазного анализа – процедура отмывки от несвязавшихся реагентов. Важно не просто сполоснуть фиксированные на твердой фазе компоненты, а удалить реагенты из всей глубины слоя. Это наиболее длительные и трудоемкие этапы анализа. Промывание проб может производиться в автоматическом режиме с помощью специального прибора – вошера или вручную, многоканальной пипеткой. Для проведения ИФА необходимы:
– полистироловый планшет или другие использующиеся варианты твердой фазы;
– отмывающий раствор;
– конъюгат (меченные ферментной меткой антигены или антитела);
– смесь используемых субстратов;
– останавливающий раствор (Стоп-реагент – раствор для останавливания реакции);
– образцы, использующиеся для положительного и/или отрицательного контроля;
– стандартный антиген (для построения калибровочной кривой);
– одно- и многоканальные пипетки;
– вошер (промыватель);
– оптический прибор для определения оптической плотности исследуемого раствора (ИФА-ридер, считыватель, который последовательно фотометрирует все лунки);
– 5-100 мкл исследуемого биологическою материала.
Прямой ИФА
1. В лунках панелей адсорбируют антигены или антитела (исследуемый материал). Выше отмечалось, что антигены существенно различаются по способности адсорбироваться на разных видах пластика в зависимости от того, к какому классу веществ (белкам, углеводам или липопротеинам) они принадлежат. Часто в прямом ИФА антиген, иммобилизованный на твердой фазе, это клетки и другие корпускулярные антигены.
Контроль. В качестве контроля используют лунки с адсорбированным положительным контрольным образцом, в котором обязательно содержится искомый антиген, и отрицательным контрольным образцом заведомо не содержащим исследуемого антигена. При наличии очищенного стандартного антигена реакцию проводят в нескольких разведениях, так чтобы можно было построить калибровочную кривую.
2. «Блокируют свободные места связывания, оставшиеся на твердой фазе, с помощью БСА казеина и др. (для предотвращения неспецифической сорбции конъюгата на твердой фазе).
3. В лунки вносят меченные ферментом антитела или антигены (конъюгат), инкубируют. Связывание конъюгата с твердой фазой будет происходить лишь в случае комплементарности обоих компонентов системы. После инкубации с коньюгатом лунки отмывают, удаляя, таким образом, не связавшуюся часть конъюгата.
4. Затем в лунки вносят субстрат, специфичный для используемого фермента, и инкубируют. По достижении оптимального уровня окрашивания в лунках с положительным контролем, ферментативную реакцию останавливают.
5. Учет реакции. Сначала результаты реакции учитывают визуально. Для более точного учета результатов интенсивность окрашивания оценивают на ИФА-ридере с соответствующим светофильтром. По результатам проведенного анализа строят график зависимости оптической плотносги от концетрации (рис. 2).
Рисунок 2. Прямой ИФА.
а) для выявления антигена; б) для выявления антител.
Этот вариант ИФА используют обычно для выявления специфических антител. В лунках панелей адсорбируют стандартный антиген и инкубируют с образцами сыворотки или другого биологического материала, полученного от больного (спинномозговая жидкость, слюна и др.). Специфические антитела, связавшиеся с антигеном на твердой фазе, выявляют с помощью антиглобулинового конъюгата. В зависимости от цели анализа используют разные антиглобулиновые реагенты, выявляющие антитела всех изотипов, либо специфичные к отдельным классам и подклассам иммуноглобулинов. Основное достоинство метода состоит в универсальности конъюгата. Один и тот же коньюгат может служить для выявления антител человека к самым разным антигенам в любых образцах. Реакция методически проста.
Основные этапы непрямого ИФА для определения антител:
1. Антиген адсорбируют на твердой фазе, затем отмывают от несвязавшихся компонентов.
2. Блокируют свободные месга связывания. Отмывают.
3. В лунки вносят исследуемый материал, инкубируют и затем проводят процедуру отмывки. Параллельно ставят пробы с положительным и отрицательным контролями.
4. Добавляют антиглобулиновый конъюгат в рабочем разведении, инкубируют, отмывают от несвязавшихся компонентов.
5. Вносят субстрат, инкубируют. По достижении оптимального уровня окрашивания в лунках с положительным контролем реакцию останавливают, добавляя стоп-раствор.
6. Измеряют количество продукта реакции на ИФА-ридере (рис.3).
При оптимальных условиях проведения анализа метод высокоспецифичен и чувствителен. Он позволяет выявлять нанограммовые количества антител в сыворотках исследуемых больных. Для получения удовлетворительных результатов необходима стандартизация реагентов и методических приемов. Этот вариант ИФА может также использоваться для тестирования моноклональных антител.
Антигены, определяемые с помощью данного варианта ИФА, должны иметь несколько эпитопов, способных связывать антитела, или обладать повторяющимися, пространственно разделенными эпитопами одинаковой специфичности.
При проведении этого варианта ИФА высокоспецифичные поли- или моноклональные антитела, адсорбированные на твердой фазе, инкубируют с исследуемым образцом. После процедуры отмывания в лунки вносят меченные ферментом антитела (конъюгат) к тому же антигену и далее проводят все остальные этапы реакции. Эффективность образования специфического комплекса на каждой стадии анализа зависит от константы связывания реакции антиген-антитело.
Основные этапы анализа:
1. На твердой фазе иммобилизуют моноклональные антитела или аффинно-очищенные поликлональные антитела.
2. В лунки панелей вносят исследуемый образец, параллельно ставят положительный контрольный образец и отрицательный контрольный образец в различных разведениях. Инкубируют и отмывают.
3. В лунки вносят меченные ферментом моноклональные или поликлональные антитела – конъюгат. После инкубации проводят отмывку.
4. Вносят субстрат, инкубируют. Реакцию останавливают при достижении оптимального окрашивания в лунках с положительным контролем.
5. Учет результатов на ИФА-ридере.
Основным достоинством метода является высокая чувствительность, превосходящая возможности других схем ИФА (рис.4).
Рисунок 3. Непрямой ИФА для выявления антител.
Этот вариант анализа основан на конкуренции меченых (конъюгат) и немеченых (исследуемых) антител за связывание с антигеном, адсорбированным на твердой фазе. Количество фермента, присоединившегося к твердой фазе, уменьшится пропорционально содержанию в смеси свободных антител. Для определения антигена используется тот же вариант, но в этом случае искомый антиген конкурирует с меченым, стандартным антигеном за связывание с антителами, иммобилизованными на поверхности твердой фазы.
Конкурентный метод требует минимального числа операций, незначительного расхода реагентов и легко может бытъ автоматизирован. При проведении конкурентного ИФА для выявления антител лучше использовать меченые моноклинальные антитела, тогда конкуренция конъюгата с исследуемым образцом происходит за единственный эпитоп адсорбированного на твердой фазе антигена. Этот вариант ИФА применяется для определения различных соединений, таких как иммуноглобулины человека, раково-эмбриональный антиген, инсулин и др. Он позволяет выявлять антитела к диагностически значимым эпитопам инфекционных агентов.
Основные этапы анализа для выявления антигена (рис.5):
1. На твердой фазе иммобилизуют специфические для выявляемого антигена моноклональные антитела.
2. В лунки панелей вносят в известной концентрации антиген, меченный ферментом, и исследуемый образец. Проводят инкубацию и отмывку. Параллельно в соседних лунках ставят положительный и отрицательный контроли. Для построения калибровки используют стандартный немеченый антиген в различных разведениях.
3. Добавляют субстрат, инкубируют, останавливают реакцию при развитии оптимального окрашивания в лунках с положительным контролем.
4. Учет реакции на ИФА-ридере.
В этом случае количество антигена в исследуемом образце обратно пропорционально ферментативной активности на твердой фазе.
В этом варианте ИФА антиген, присутствующий в исследуемом образце, связывается с моноклональными антителами, меченными ферментной меткой, и ингибирует их взаимодействие со стандартным антигеном, иммобилизованным на твердой фазе. Присутствие в образце даже следовых количеств специфичного к конъюгату антигена будет ингибировать связывание меченых антител с иммобилизованным антигеном. Степень ингибирования прямо пропорциональна содержанию антигена в растворе. Для проведения количественного анализа строят кали6ровочную кривую с помощью последовательных разведений стандартного антигена. Основные этапы ингибиторного ИФА для выявления антигена (рис.6).
1. В лунках панелей адсорбируют стандартный антиген. Подбирают рабочее разведение меченых антител с помощью титрования.
Рисунок 4. «Сэндвич»- вариант ИФА.
2. Проводят предварительную инкубацию конъюгата в разведении, предшествующем рабочему, с разведениями исследуемого образца, стандартного антигена и положительных контрольных проб.
3. Смесь переносят в лунки панелей. Для контроля 100%-ного связывания в несколько лунок вносят только меченые антитела, без ингибирующего антигена. Панели инкубируют, затем проводят отмывку.
4. Добавляют субстрат.
5. Проводят учет результатов.
Концентрация определяемого антигена в исследуемом образце обратно пропорциональна ферментативной активности на твердой фазе.
ИФА может использоваться не только для определения растворимого антигена или антитела, но и клеток, вырабатывающих различные белки.
В 1983 году адаптировали технологию твердофазного ИФА для определения лимфоидных клеток, секретирующих антитела или антигены (например, цитокины), in vitro. Метод получил название ELISPOT (метод иммуноферментных зон или пятен). Основной принцип метода:
1. На поверхности полистироловой лунки (используют 24-х луночные панели для культивирования клеток) сорбируют антигены или антитела, которые служат «ловушечными» реагентами.
2. Добавляют исследуемые лимфоидные клетки, культивируют несколько часов при 37°С, давая им возможность занять определенное место и выполнить секреторную функцию. Антитела или антигены, секретируемые такими клетками, улавливаются адсорбированными на твердой фазе реагентами.
3. Клетки удаляют, используя для этого отмывающий раствор с детергентом, лизирующим клетки.
4. Участки накопления секреторных продуктов проявляют, добавляя связанные с ферментом антитела (антиглобулиновый реагент).
5. Добавляют смесь субстрата с агарозой (используемые субстраты должны растворяться в агарозе и образовывать нерастворимые продукты реакции), на поверхности твердой фазы образуются коричневые или голубые пятна (в зависимости от используемых ферментов и субстратов), выявляя участки, где располагались клетки.
Образовавшиеся пятна подсчитывают под микроскопом, это и будет количество секретирующих клеток.
В качестве твердой фазы может быть использована нитроцеллюлозная мембрана В этом случае есть ряд преимуществ: из-за высокой адсорбционной способности НЦМ требуется значительно меньшее количество антигена, используемого в качестве «ловушечного» реагента, кроме того, отпадает необходимость во включении агарозы в субстрат.
При параллельном определении количества секретирующих клеток и общего количества секретируемого антигена или антитела в лунке, что возможно при использовании другого субстрата, можно выявить количество секретируемого вещества единичной клеткой.
Данный метод нашел широкое применение для оценки количества клеток, секретирующих антиген, улавливаемый адсорбированными антителами, используется для определения количества клеток, секретирующих цитокины (ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-6, ИФН-у, ФНО-а).
При использовании высокоаффинных антител чувствительность отдельных вариантов ИФА очень высока и теоретически позволяет выявить единичные молекулы антигена, но на практике чувствительность ограничивается рядом факторов: активностью фермента, интенсивностью сигнала и методами учета сигнала. Системы усиления сигнала дают возможность повышать чувствительность различных вариантов ИФА. Рассмотрим некоторые такие системы:
На основе взаимодействия авидин-биотин.
Молекулы кофермента биотина (м.м. 244 Да) конъюгируют с антителами при помощи биотинил-N-гидроксисукцимида. Небольших размеров молекулу биотина проще присоединить к иммуноглобулину или другому белку без нарушения его иммунных или ферментативных свойств. Фермент в этом случае связывают с гликопротеином яичного белка авидином. Аффинносгь связывания авидина с биотином очень высока (константа диссоциации комплекса – 10-15 моль), конъюгат авидин-фермент прочно фиксируется на комплексе антиген-антитело-биотин. После добавления соответствующего субстрата проводят определение продукта реакции спектрофотометрически или по интенсивности люминесценции.
Одна молекула авидина состоит из четырех идентичных субъединиц, способна взаимодействовать с четырьмя молекулами биотина, что позволяет использовать его как связующую молекулу между двумя биотинсодержащими соединениями. В этом случае фермент тоже биотинилируют, а авидин выполняет функцию мостика, соединяя две молекулы, содержащие остатки биотина. К образовавшемуся комплексу антиген-антитело-биотин добавляют свободный авидин, а затем биотинилированный фермент. Проводят учет реакции.
Белок авидин может неспецифически сорбироваться на других молекулах, поэтому все чаще используют другой биотинсвязывающий белок - стрептавидин, обнаруженный в бактериях Streptomyces avidinii. Стрептавидин также образует прочный комплекс с биотином и состоит из четырех идентичных субъединиц.
Применение авидин-биотинового комплекса позволяет значительно повысить чувствительность ИФА, так как при синтезе конъюгата с одной молекулой АТ можно связать десятки молекул биотина. Получение конъюгатов (антител и ферментов с биотином) осуществляется достаточно легко и сопровождается минимальными изменениями их иммунологической и ферментативной активности. Конъюгаты ферментов с биотином могут быть использованы как универсальные реагенты.
Использование хемилюминесцентных реакций.
Хемилюминесцентные реакции можно использовать для получения сигнала в ИФА, при этом повышается чувствительность метода и сокращается время проведения анализа. В качестве метки в ИФА широко применяют пероксидазу хрена, для ее выявления можно использовать и различные хемилюминесцентные реакции. Хемилюминесцентные реакции основаны на способности люминола светиться при окислении перекисью водорода. В прямом анализе при ферментативной реакции образуется перекись водорода и окисляет люминол, катализатором этой реакции выступает пероксидаза хрена. Для усиления сигнала используются различные соединения, например, люциферин, фенолы, в этом случае интенсивность люминесценции усиливается в 10-100 раз, в отдельных вариантах в 500 раз (усиленный хемилюминесцентный анализ). Люминесцентный сигнал очень стабилен, его уровень достигает максимума за 30 с (для сравнения: цветная реакция с ОФД в качестве индикатора полностью развивается лишь за 30 мин).
При непрямом анализе люминолом или его производными метится антитело. Такая метка в свободном состоянии способна окисляться перекисью водорода с выделением света. Если она образовала комплекс, то теряет способность окисляться.
На основе каскадных систем.
Для повышения чувствительности ИФА можно использовать ферментные каскадные системы. В этом случае первый фермент, связанный с антителами, приводит к образованию восстанавливаемого субстрата для второй ферментной системы. Вторая ферментная система может быть субстрат-циклической или редоксициклической. Ферментными метками в этом случае могут служить фосфо-глюкоизомераза, альдолаза, щелочная фосфатаза. Конечный продукт реакции определяют визуально или спектрофотометрически.
Системы амплификации в ИФА позволяют добиться высокой чувствительности. Такие ИФА-системы используются для определения уровня гормонов (ти-реостимулирующего, прогестерона и др.).
ИФА нашел широкое применение в различных областях медицины и биологии благодаря относительной простоте и высокой чувствительности метода. ИФА успешно применяется для:
Массовой диагностики инфекционных заболеваний (выявление различных специфических антигенов или антител к ним);
Выявления и определения уровня гормонов и лекарственных препаратов в биологических образцах;
Определения изотипов (IgG, IgM и другие) антител против конкретного антигена;
Выявления иммунных комплексов;
Выявления онкомаркеров;
Определения белков сыворотки крови (ферритин, фибронектин и др.);
Определения общего IgE и специфических IgE антител;
Скрининга моиоклональных антител;
Определения цитокинов в биологических жидкостях.
Чувствительность метода
ИФА пришел на смену широко используемым ранее в клинической практике методам агглютинации, преципитации и РИА. По сравнению с вышеназванными методами ИФА менее трудоемок и менее продолжителен по времени, удобен для выполнения большого числа однотипных анализов.
В ИФА сочетается уникальная специфичность иммунохимического анализа с высокой чувствительностью определения ферментной метки. Чувствительность метода (под чувствительностью подразумевают минимальное выявляемое количество антител или антигена) определяется следующими факторами: аффинностью антител, предпочтительнее использование моноклональных антител; специфической активностью фермента; интенсивностью сигнала; чувствительностью учета сигнала. Различные варианты ИФА различаются по своей чувствительности. Отдельные варианты твердофазного ИФА позволяют выявлять в образце единичные молекулы. Средняя чувствительность ИФА – 10-9 – 10-12 моль.
Галактионов В.Г. Иммунология. Издательство Московского университета, 1998 г.
Кишкун А.А. Иммунологические исследования и методы диагностики инфекционных заболеваний в клинической практике. Медицинское информационное агентство, 2009 г.
Кондратьева И.А. Практикум по иммунологии. Учебное пособие для ВУЗов. Академия, 2004 г.
Лефковитс И., Пернис Б. Иммунологические методы исследования. Мир, 1988 г.
Ройт А., Бростофф Д., Мейл Д. Иммунология. Мир, 2000 г.
Соколов Е.И. Клиническая иммунология. Медицина, 1998 г.
Фримель Г. Иммунологические методы. Медицина, 1987 г.
Хаитов Р. М. Иммунология. Медицина, 2000 г.
Шигина Ю.В. Иммунология: Учебное пособие. Издательство РИОР, 2007 г.
Ярилин А.А. Основы иммунологии. Медицина, 1999 г.
Методика иммуноферментного анализа применяется в различных отраслях медицины. Но в большинстве случаев данным методом диагностируют широкий круг инфекционных заболеваний, таких как вирус иммунодефицита человека, гепатит, герпес и прочих инфекций половых органов. Также иммуноферментный анализ применяют для выявления онкомаркеров различного происхождения, определения гормонов и при диагностике репродуктивной функции организма. Материалом для иммуноферментного исследования является кровь человека.
Что это такое
Иммуноферментный анализ крови – это лабораторное иммунологическое исследование крови, при котором происходят качественные и количественные измерения антител (антигенов), а также гормонов. Этот метод предоставляет до 90% точности при установлении диагноза заболевания.
Медицинские лаборатории используют несколько вариантов его проведения, что влияет на срок готовности результатов. Но в среднем выдача результатов исследования происходит в период 1-10 дней после сдачи крови.
Какие антитела проверяют
При данном виде анализа крови устанавливаются антитела разных видов – это иммуноглобулины класса M, A, G (JgM, JgA, JgG). Их накопление происходит в различные временные промежутки. Первыми начинают проявляться иммуноглобулины класса М (пятый день после начала болезни). Такие иммуноглобулины задерживаются в организме пять-шесть недель, после чего начинают исчезать из крови организма. Именно в данный период времени выявляются антитела класса М.
Вторыми проявляются иммуноглобулины класса G (через три-четыре недели). Они задерживаются в организме несколько месяцев или лет. Во время проведения иммуноферментного анализа крови и расшифровки его результата можно обнаружить возрастание антител класса G. Это свидетельствует о наличии инфекции или реинфекции.
Антитела класса А проявляются в крови на протяжении двух-четырех недель. Но всего лишь 20% из них присутствуют в сыворотке крови. Остальные же входят в состав секрета слизистых оболочек. Иммуноглобулины класса А начинают исчезать в промежутке времени от двух недель до двух месяцев. Данный процесс является свидетельством уничтожения инфекции в организме. Если после выздоровления человека проводился повторный иммуноферментный анализ крови и расшифровка результата показала наличие антител класса А – это свидетельство хронической инфекции.
Расшифровка анализа
Расшифровка результатов анализа может принимать такие значения:
- JgM (-), JgG (-), JgA (-) – отсутствие иммунитета к инфекции;
- JgM (-), JgG (+), JgA (-) – наличие поствакционного или постинфекционного иммунитета;
- JgM (+), JgG (-/+), JgA (-/+) – наличие острой инфекции;
- JgM (+), JgG (+), JgA (+) – наличие обострения хронической инфекции;
- JgM (-), JgG (+/-), JgA (+/-) – наличие хронической инфекции;
- JgM (-) – выздоровление.
В расшифровке (+) является положительным результатом, а (–) – отрицательным результатом.
Помимо уточнения классов антител в расшифровке встречаются количественные их показатели. Но обширное их объяснение может предоставить только лечащий врач.
Сыворотка крови – это прозрачная жидкость с желтым оттенком. После свертывания крови она отделяется от кровяного сгустка. Не содержит фибрина и форменных элементов.
Иммуноферментный анализ сыворотки крови основан на взаимодействии антигена с антителом, причем один из них содержит в своей структуре фермент. При взаимодействии двух компонентов содержимое пробирки должно менять свой цвет. Результаты сравниваются со стандартной цветовой шкалой, и далее устанавливается антиген, который присутствует в материале. Другими словами принцип иммуноферментного анализа сыворотки крови можно объяснить так:
- подготавливаются наборы антигенов (например, возбудители инфекционных заболеваний, аллергены или гормоны);
- пациент сдает кровь на анализ, из которой в лаборатории выделяется сыворотка;
- материал для исследования добавляется в лунки готовых наборов, после чего возникает реакция антиген-антитело;
- оставшаяся сыворотка крови убирается, а обнаруженные антитела распознаются при помощи индикаторов.
Иммуноферментный анализ сыворотки крови считается достоверным. Но в тех случаях, когда произошло неправильное взятие крови для анализа, или была нарушена техника проведения исследования, или же имеются у человека скрытые системные заболевания, результаты иммуноферментного анализа сыворотки крови могут оказаться ложными.
Иммуноферментный анализ сыворотки крови исследует практически все гормоны щитовидной железы, онкомаркеры и различные виды инфекций.
К гормонам щитовидной железы относятся тиреоглобулин (ТГ), тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3), свободный тироксин (Т4), свободный трийодтиронин (Т3).
Нормы
Иммуноферментный анализ крови в норме считается, если присущи такие допустимые нормы гормонов щитовидной железы:
- тиреоглобулин (ТГ) – допустимые границы 70 МЕ/мл;
- тироксин (Т4) – 64-146 нмоль/л (50-113 нг/мл);
- трийодтиронин (Т3) – 1,8-2,8 нмоль/л (0,8-2,0 нг/мл);
- свободный тироксин (Т4) – 11-25 пмоль/л (10-27 пг/мл);
- свободный трийодтиронин (Т3) – 4,49-9,3 пмоль/л (2,5-5,8 пг/мл).
В случае исследования половых гормонов иммуноферментный анализ крови в нормедля женщин считается, если в организме выделяется лютеинизирующий гормон (ЛГ) в таких пределах:
- фолликулярная фаза цикла (с первого дня месячных до двенадцатого-четырнадцатого) – 2-14 мЕд/л;
- овуляционная фаза цикла (с двенадцатого дня по четырнадцатый день) – 24-150 мЕд/л;
- лютеиновая фаза цикла (с пятнадцатого-шестнадцатого дня и до начала следующих месячных) – 2-17 мЕд/л.
В норме для мужчин принимается, если половой гормон вырабатывается в пределах 0,5-10 мЕд/л.
При исследовании хронического гонадотропина (ХГ) референсные значения зависят от пола человека.
- У взрослых мужчин и небеременных женщин нормой считается уровень ХГ ниже 5мЕд/мл.
- У беременных женщин результат зависит от срока беременности и может колебаться в пределах 25-49000 мЕд/мл.
Иммуноферментный анализ крови исследует множество онкологических показателей. К ним можно отнести наличие пролактина, эстрадиола, прогестерона, тестостерона, стероид связывающего глобулина (ССГ) и других маркеров. Но интерпретация результата анализа и норм этих показателей должна проводиться только лечащим врачом.
Кроме того, данный метод диагностирует инфекционные (например, краснуха, корь, туберкулез, герпес, сифилис, гепатит, псевдотуберкулез) и аутоиммунные заболевания разного вида, а также устанавливает иммунный статус человека. Но все показатели и полученные результаты должны расшифровываться квалифицированным специалистом.
4.5 4.50 из 5 (6 Голосов)
