ELISPOT技术原理
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  • ELISPOT技术原理

  • 点击:    作者:   来源: 日期:2007-11-14    本站论坛
       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?
(2) ELISPOT 技术的现在
  1996年以来随着抗体制备、PVDF膜材篁等技术改良,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。

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