1.5 包被的條件
包被用抗原或抗體的濃度,包被的溫度和時間,包被液的pH等應根據(jù)試驗的特點和材料的性質而選定?贵w和蛋白質抗原一般采用pH9.6的碳酸鹽緩沖液作 為稀釋液,也有用pH7.2的磷酸鹽緩沖液及pH7~8的Tris-HCL緩沖液作為稀釋液的。通常在ELISA板孔中加入包被液后,在4-8℃冰箱中放 置過夜,37℃中保溫2小時被認為具有同等的包被效果。包被的最適當濃度隨載體和包被物的性質可有很大的變化,每批材料需通過實驗與酶結合物的濃度協(xié)調選 定。一般蛋白質的包被濃度為100ng/ml-20ug/ml。
1.6 封閉
封閉(blocking)是繼包被之后用高濃度的無 關蛋白質溶液再包被的過程?乖蚩贵w包被時所用的濃度較低,吸收后固相載體表面尚有未被占據(jù)的空隙,封閉就是讓大量不相關的蛋白質充填這些空隙,從而排 斥在ELISA其后的步驟中干擾物質的再吸附。封閉的手續(xù)與包被相類似。最常用的封閉劑是0.05%-0.5%的牛血清白蛋白,也有用10%的小牛血清或 1%明膠作為封閉劑的。脫脂奶粉也是一種良好的封閉劑,其最大的特點是價廉,可以高濃度使用(5%)。高質量的速溶食用低脂奶粉即可直接當作封閉劑使用, 但由于奶粉的成份復雜,而且封閉后的載體不易長期保存,因此在試劑盒的制備中較少應用。
封閉是否必要,取決于ELISA的模式及具體的實驗條 件。并非所有的ELISA固相均需封閉,封閉不當反而會使陰性本底增高。一般說來,雙抗體夾心法,只要酶標記物是高活性的,操作時洗滌徹底,不經(jīng)封閉也可 得到滿意的結果。特別是用單抗腹水直接包被時,因其中大量非抗體蛋白在包被時同樣也吸附在固相表面,業(yè)已起到了類似封閉劑的作用。但在間接法測定中,封閉 一般是不可少的。包被好的ELISA板干燥后放入密封袋或錫袋中,在低溫可保存數(shù)月。
2. 酶聯(lián)物(結合物)
結合物即酶標記的抗體(或抗原),是ELISA中最關鍵的試劑。良好的結合物應該是 既保有酶的催化活性,也保持了抗體(或抗原)的免疫活性。結合物中酶與抗體(或抗原)之間有恰當?shù)姆肿颖壤,在結合試劑中應盡量不含有或少含有游離的(未 結合的)酶或游離的抗體(或抗原)。此外,結合物尚要有良好的穩(wěn)定性。
2.1 酶
用于ELISA的酶應符合以下要求:純度高,催化反應的轉化率高,專一性強,性質穩(wěn)定,來源豐富,價格不貴,制備成酶結合物后仍繼續(xù)保留它的活性部分和催化能力。最好在受檢標本中不存在相同的酶。另外,它的相應底物易于制備和保存,價格低廉,有色產(chǎn)物易于測定等。
在ELISA中,常用的酶為辣根過氧化物酶(horseradish peroxidase, HRP)和堿性磷酸酶 (alkaline phosohatase, AP)。在少數(shù)商品ELISA試劑中,應用的酶尚有葡萄糖氧化酶、β-D-半乳糖苷酶和脲酶等。國產(chǎn) ELISA試劑一般都用HRP制備結合物。HRP是一種糖蛋白,含糖量約為18%,分子量為44000,是一種復合酶,由主酶(酶蛋白)和輔基(亞鐵血紅 素)結合而成,是一種卟啉蛋白質。主酶無色糖蛋白在275nm波長處有最高吸收峰,輔基是深棕色的含鐵卟啉環(huán),在403nm波長處有最高吸收峰。HRP的 純度用RZ(Reinheit Zahl,德文,意為純度數(shù))表示,是403nm的吸光度與280nm吸光度之比,高純度的HRP的RZ≥?.0。
HRP除符合上述的ELISA中標記酶的要求外,更有價格低廉和性質較穩(wěn)定的特點。值得注意的是,在選用酶制劑時,除其純度RZ外,更應注意酶的活力。 高純度的酶如保存不當,活力也會降低。酶制劑的活力以所含的酶活力單位表示,可用對底物作用后生成產(chǎn)物量的測定進行試驗。
國外很多ELISA 試劑采用堿性磷酸酶(AP)作為標記酶。常用的AP有兩個來源,分別從大腸桿菌和小牛腸膜中提取。不同來源的酶生化特性特性略不相同,從大腸桿菌中提取的 AP分子量為80000,酶作用的最適合pH為8.0;用小牛腸膜中提取的AP分子量為100000,最適pH為9.6。在ELISA中,AP系統(tǒng)的敏感 度一般高于HRP系統(tǒng),空白值也較低,但AP價格昂貴,制備結合物所得率也較HRP低。
2 .2 抗原和抗體
制備結合物時所用抗體 一般 均為純度較高的IgG,以免在與酶聯(lián)結時其他雜蛋白的干擾。最好用親和層析純的抗體,這樣全部酶結合物均具有特異的免疫活性,可以在高稀釋度進行反 應,實驗結果本底淺淡。如用F(ab')2進行標記,則更可避免標本中RF的干擾。在ELISA中用酶標抗原的模式不多,總的要求是抗原必須是高純度的。
2.3 結合物的制備
酶標記抗體的制備方法主要有兩種,即戊二醛交聯(lián)法和過碘酸鹽氧化法。
(1)戊二醛交聯(lián)法:戊二醛是一種雙功能團試劑,它可以使酶與蛋白質的氨基通過它而聯(lián)結。堿性磷酸一般用此法進行標記。交聯(lián)方法一步法、兩步法兩種。在一步法中戊二醛直接加入酶與抗體的混合物中,反應后即得酶標記抗體。
ELISA中常用的酶一般都用此法交聯(lián)。它具有操作簡便、有效(結合率達60%-70%)和重復性好等優(yōu)點。缺點是交聯(lián)反應是隨機的,酶與抗體交聯(lián)時分 子間的比例不嚴格,結合物的大小也不均一,酶與酶,抗體與抗體之間也有可能交聯(lián),影響效果。諏講椒ㄖ校?br> 先將酶與戊二醛作用,透析除去多余 的戊二醛后,再與抗體作用而形成酶標抗體。也可先將抗體與戊二醛作用,再與酶聯(lián)結。兩步法的產(chǎn)物中絕大部分的酶與蛋白質是以1:1的比例結合的,較一步法 的酶結合物更有助于本底的改善以提高敏感度,但其偶聯(lián)的有效率較一步法低。
(2)過碘酸鹽氧化法:本法只適用于含糖量較高的酶。辣根過氧化物 酶的標記常用此法。反應時,過碘酸鈉將HRP分子表面的多糖氧化為醛基很活潑,可與蛋白質上的氨基形成Schiff氏堿而結合。酶標記物按克分子比例聯(lián) 結,其最佳比例為:酶/抗體=1-2/1。此法簡便有效,一般認為是HRP最可取的標記方法,但也有人認為所有試劑較為強烈,各批實驗結果不易重演。
按以上方法制備的酶結合物一般都混有未結合物的酶和抗體。理論上,結合物中混有的游離酶一般不影響ELISA中最后的酶活性測定,因經(jīng)過徹底洗滌,游離 酶可被除去,并不影響最終的顯色。但游離的抗體則不同,它會與酶標抗體競爭相應的固相抗原,從而減少了結合到固相上的酶標抗體的量。因此制備的酶結合物應 予純化,去除游離的酶和抗體后用于檢測,效果更好。純化的方法很多,分離大分子化合物的方法均可應用。硫酸銨鹽析法最為簡便,但效果并不理想,因為此法只 能去除留在上清中的游離酶,但相當數(shù)量的游離抗體仍與酶結合物一起沉淀而不能分開。用離子交換層析或分子篩分離更為可取,高效液相層析法可將制備的結合物 清晰地分成三個部分:游離酶、游離抗體和純結合物而取得最佳的分離效果,但費用較貴。
結合物制得后,在用作ELISA試劑前尚需確定其適當?shù)?工作濃度。使用過濃的結合物,既不經(jīng)濟,又可使本底增高;結合物的濃度過低,則又影響檢測的敏感性。所以必須對結合物的濃度予以選擇。最適的工作濃度就是 指結合物稀釋至這一濃度時,能維護一個低的本底,并獲得測定的最佳靈敏度,達到最合適的測定條件和測定費用的節(jié)省。就酶標抗體本身而言,它的有效工作濃度 是指與其相應抗原包被的載體作試驗時,能得到陽性反應的最高稀釋度。例如某一HRP:抗人IgG制劑標明的工作濃度為1:5000,表示該制劑經(jīng) 1:5000稀釋后,在與人IgG包被的固相作ELISA試驗時,將發(fā)生陽性反應。但在用于具體的ELISA檢測中,酶標抗體的最適工作濃度受到固相載體 的性質、包被抗原或抗體的純度以及整個檢測系統(tǒng)如標本、反應溫度和時間等的影響,因此必須在實際測定條件下進行"滴配"選擇能達到高敏感度的最大稀釋度作 為試劑盒中的工作濃度。
2.4 結合物的保存
酶標抗體中的酶和抗體均為生物活性物質,保存不當,極易失活。高濃度的結合物較為穩(wěn) 定,冰凍干燥后可在普通冰箱中保存一年左右,但凍干過程中引起活力的減低,而且使用時需經(jīng)復溶,頗為不便。結合物溶液中加入等體積的甘油可在低溫冰箱或普 通冰箱的冰格中較長時間保存。早期的ELISA試劑盒中的結合物一般均按以上兩種形式供應,配以稀釋液(見3.2.5)臨用時按標明的稀釋度稀釋成工作 液,F(xiàn)在較先進的ELISA試劑盒均已用合適的緩沖液配成工作液,使用時不需再行稀釋,在4-8℃保存期可達6個月。由于蛋白質濃度較低,結合物易失活, 需加入蛋白保護劑。另外再加入抗生素(例如慶大霉素)和防腐劑(HRP結合物加硫柳泵,AP結合物可加疊氮鈉),以防止細菌生長。
2.5 結合物的稀釋液
用于稀釋高濃度的結合物以配成工作液。為避免結合物在反應中直接吸附在固相載體上,在稀釋緩沖液中常加入高濃度的無關蛋白質(例如1%牛血清白蛋白), 通過競爭以抑制結合物的吸附。一般還加入具有抑制蛋白質吸附于塑料表面的非離子型表面活性劑,如吐溫20,0.05%的濃度較為適宜。在間接測定抗體時, 血清標本需稀釋后進行測定,也可應用這種稀釋液。
3. 酶的底物
3.1HRP的底物
HRP催化過氧化物的氧化反應,最具代表性的過氧化物為H2O2,其反應式如下:
DH2+ H2O2 D+ H2O
上式中,DH2為供氧體,H2O2為受氫體。在ELISA中,DH2一般為無色化合物,經(jīng)酶作用后成為有色的產(chǎn)物,以便作比色測定。常用的供氫體有鄰苯 二胺(O-phenylenediamine,OPD)、四甲基聯(lián)苯胺(3,3',5,5'-tetramethylbenzidine,TMB)和 ABTS[2,2'-azino-di-(3-ethylbenziazobine sulfonate-6)]。
OPD氧化后的產(chǎn)物呈橙紅 色,用酸終止酶反應后,在492nm處有最高吸收峰,靈敏度高,比色方便,是HRP結合物最常用的底物。OPD本身難溶于水,OPD·2HCL為水溶性。 曾有報道OPD有致異變性,操作時應予注意。OPD見光易變質,與過氧化氫混合成底物應用液后更不穩(wěn)定,須現(xiàn)配置現(xiàn)用。在試劑盒中,OPD和H2O2一般 分成二組分,OPD可制成一定量的粉劑或片劑形式,片劑中含有發(fā)泡助溶劑,使用更為方便。過氧化氫則配入底物緩沖液中,有制成易保存的濃縮液,使用時用蒸 餾水稀釋。先進的ELISA試劑盒中則直接配成含保護劑的工作濃度為0.02% H2O2的應用液,只需加入OPD后即可作為底物應用液。
TMB經(jīng)HRP作用后共產(chǎn)物顯藍色,目視對比鮮明。TMB性質較穩(wěn)定,可配成溶液試劑,只需與H2O2溶液混和即成應用液,可直接作底物使用。另 外,TMB又有無致癌性等優(yōu)點,因此在ELISA中應用日趨廣泛。酶反應用HCL或H2SO4終止后,TMB產(chǎn)物由藍色呈黃色,可在比色計中定量,最適吸 收波長為405nm。
ABTS雖不如OPD和TMB敏感,但空白值極低,也為一些試劑盒所采用。
另一種HRP的底物為3-(4-羥基)苯丙酸[3-(4-hydroxy)phenly propionic acid,HPPA],經(jīng)HRP作用后,產(chǎn)物顯熒光,可用熒光光度計測量。用于ELISA的優(yōu)點為可加寬定量測定的線性范圍。
HRP對氫受體的專一性很高,僅作用于H2O2、小分醇的過氧化物和尿素過氧化物(urea peroxide)。H2O2應用最多,但尿素過氧化物為 固體,作為試劑較H2O2方便、穩(wěn)定。試劑盒供應尿素過氧化物片劑,用蒸餾水溶解后,在底物緩沖液中密閉、低溫(2~8℃)可穩(wěn)定1年。
3.2 AP的底物
AP為磷酸酯酶,一般采用對硝基苯磷酸酯(p-nitrophenyl phosphate,p-NPP)作為底物,可制成片劑,使用方便。產(chǎn)物為黃色 的對硝基酚,在405nm波長處有吸收峰。用NaOH終止酶反應后,黃色可穩(wěn)定一時間。AP也有發(fā)熒光底物(磷酸4-甲基傘酮),可用于ELISA作熒光 測定,敏感度較高于用顯色底物的比色法。
4. 洗滌液
在板式ELISA中,常用的稀釋液為含0.05%吐溫20磷酸緩沖鹽水。
5. 酶反應終止液
常用的HRP反應終止液為硫酸,其濃度按加量及比色液的最終體積而異,在板式ELISA中一般采用2mol/L。
6. 陽性對照品和陰性對照品
陽性對照品(positive control)和陰性對照品(negative control)是檢驗試驗有效性的控制品,同時也作為判斷結果的對 照,因此對照品,特別是陽性對照品的基本組成應盡量與檢測標本的組成相一致。以人血清為標本的測定,對照品最好也為人血清,因為正常人血清在各種 ELISA模式中可產(chǎn)生不同程度的本底。由于大量正常人血甭較難得到,國外試劑盒中的對照品多以復鈣人血漿 (recalcified human plasma)為原料,即在血漿中加入鈣離子,使其中的纖維蛋白質凝固,除去凝塊后所得的液體,其組成與血清相 似。陰性對照品須先行檢測,確定其中不含待測物質。例如HBsAg檢測的陰性對照品中不可含HBsAg,最好抗HBs也是陰性。陽性對照品多以含蛋白保護劑的緩沖液為基質,其中加入一定量的待檢物質,此量最好在試劑說明書中標明。加入的量應與試劑的敏感度相稱,在測定中得到的吸光值與受檢標本吸光值比較, 可對標本中受檢物質的量有一個粗略的估計。國外檢測HBsAg的ELISA試劑盒檢測敏感度約為0.5ng/ml,陽性對照品中含量約為10ng/ml。 在對照品中一般加入抗生素和防腐劑,以利保存。
7. 參考標準品
定量測定的ELISA試劑盒(例如甲胎蛋白質癌胚抗原測定等)應含有制作標準曲線用的參考標準品,應包括覆蓋可檢測范圍的4-5個濃度,一般均配入含蛋白保護劑及防腐劑的緩沖液中。
其他內容:
酶聯(lián)免疫測定技術的多酶級聯(lián)放大系統(tǒng):
一、AP底物放大系統(tǒng)
substrate ampiification system
AP可催化底物NADP+脫磷酸而生成NAD+(輔酶1),以乙醇作還原劑,在醇脫氧酶催比下,乙醇脫氫,NAD+還原為NADH,NADH在黃遞酶的催 化下脫氫,同時四唑鹽(tetrazoliim)被還原成有色的甲蠟(formazan)。AP不斷催化NAD+生成,NAD+與NADH循環(huán)轉化,不斷 生成甲蠟。整個反應周期由AP及醇脫氫酶、黃遞酶組成酶級聯(lián),每個AP分子每分鐘可催化生成6X104個NAD+分子,而每個NAD+每分鐘又可使60個 甲臘分子產(chǎn)生。這種由Selfl984年首次報道的EIA放大系統(tǒng)可使EIA的測定敏感性提高約250倍。
但Brooks等發(fā)現(xiàn)上述底物反應循環(huán)中產(chǎn)生的乙醛對整個酶級聯(lián)反應有抑制作用,影響放大效果,而當加入鹽酸氨基脲時,則可進一步延長反應循環(huán),從而增加 測定敏感性,這是因為鹽駿氨基脲可與乙醛反應生成縮氨基脲(semicarbatone)和水,這樣就消除了乙醛對反應的抑制阼用。應用這種改進方法測定 食物中含蛋白A的金黃色葡萄球菌,測定敏感性從Self原方法的(4~6)X103菌落形成單位(c.{.u)/g或m1,到20個菌落形成單位 (c.f.u)/g或ml,測定敏惑性約提高200—300倍。
后來Self等又用刃天青(resazurin)代替其原來放大模式中的四唑鹽,刃天青在黃遞酶的作用下成為發(fā)出熒光的resorufin,然后使用熒光比色計測定得到結果。這種方式的測定敏感性也較原始方法大為提高,每孔內僅含約350個AP分子也可測出。
二、雙酶級聯(lián)放大系統(tǒng)
dual-enzyme cascade雙酶級聯(lián)放大系統(tǒng)又稱酶抑制級聯(lián)放大系統(tǒng),酯酶抑制劑4—(3—氧—4,4,4—三氟丁基)苯磷駿鹽因其帶有封閉性—P04基團,對酯酶不具抑制活性,但 當其在AP作用下脫—PO4基時,失活的抑制劑即成為具活性的抑制劑,使加入的羧酸酯酶失活,通過顯色反應測定殘留的酯酶活性即可知原始AP的活性,二者 成反比相關。這種放大系統(tǒng)的測定敏感性較普通方法可提高約125倍。
三、酶激活級聯(lián)放大系統(tǒng)
enzymeactivationcascade這亦是一種以AP為標記酶的放大系統(tǒng)。黃素—腺嘌呤二核苷酸磷酸(FADP)在AP的催化下脫磷酸為FAD,F(xiàn)AD則使脫輔基的氨基酸氧化酶轉化為全酶的 氨基酸氧化酶,后者催化晡氨酸生成H2O2,于是在DCHBS,4AAP及HRP存在下,得到有色產(chǎn)物。上述放大系統(tǒng)可測定l{mol/LAP。
此外,催化指示物沉著(catalyzedreporterdeposition,CARD)也是一種多酶級聯(lián)EIA放大系統(tǒng)。HRP氧化生物素或熒光素 標記的酪胺所產(chǎn)生的游離基,可與固相上蛋白的酪氨酸、色氨酸反應而使大量的生物素或熒光素沉著于固相上HRP周圍的區(qū)域內,沉著的生物素可用HRP及6— 半乳糖苷酶或AP標記的鏈霉親合素測定,沉著的熒光素則可用酶標抗熒光素測定。這樣使得一分子HRP轉化為大量的標記物,從而大為改善(約30倍)EIA 的測定敏感性。Diamandis等使用螯合的Eu3+鏈霉親合素—甲狀腺球蛋白試劑替代上述酶標物測定AFP,不但提高了測定敏感性,而且也使背景“噪 聲”較普通方法改善了6~8倍。我們將上述CARD放大系統(tǒng)直接用于HBsAg商品ELISA試劑盒,在不改變商品試劑盒任何成分和操作步驟的情況下,可 將試劑盒的測定敏感性提高約5倍。
四、凝固因子酶級聯(lián)放大系統(tǒng)
脂多糖(1ipopolysaccharide,LPS)可激活鱟血細胞裂解物的凝固級聯(lián)反應。首先LPS使因子C激活為C,后者又激活因子B為B,B使 前凝固酶轉化為凝固酶,凝固酶則催化底物(Boc-Le,u-Gly-Arg-p)產(chǎn)生有色的對硝基苯胺(曠 nitroa·niline,PNA),A405nm測定。因此,在免疫測定中,如以LPS作為標記物標記抗體,則可通過上述反應使測定敏感性放大,可檢 出10-7~10-11g/m1的IgG和10-7~10-11g/ml的抗IgG,Seki等將上述方法用于雙夾心法檢測HBsAg,敏感性達 10-10~10-12g/ml。
五、免疫復合物轉移兩位點酶免疫試驗
一般來說,在酶免疫測定中,限制測定敏感性的一個重要因素是非特異地結合于固相的標記酶的顯色反應,因其會使背景顯色加深,從而掩蓋了低濃度待測物所致的 特異顯色,解決這個問題提高測定敏感性的一條途徑是將待測物——抗體—酶復合物從固相上洗提至另一個固相,使用一雙標抗體[如生物素和二硝基苯(DNP) 標記的抗體]和一酶標抗體即可達到這個目的,在液相中形成的免疫復合物(雙標抗體:抗原:抗體:酶)捕獲于DNPIgG包被的聚苯烯珠上,洗滌后,使用二 硝基苯—L—賴氨酸將其從固相上取代下來,然后再將上述免疫復合物捕獲于鏈霉親合素包被的聚苯烯珠上,最后進行酶反應顯色測定。Hashida和 shikawa使用該方法測鐵蛋白敏感性達到1zeptomole(1X10-21mol,約600個分子),較常規(guī)方法提高了30倍。眾多的研究者用該 方法測定抗甲狀腺球蛋白IgC及抗HTLV—1 IgG和抗HIV-1 IgG,敏感性均遠遠地超過常規(guī)方法,取得了良好的效果。
此外,Domingo和Marco等在進行點免疫結合試驗時,以4—氯—1—萘酚作為HRP的底物,反應后得到的不可溶產(chǎn)物因其具有特殊的紫外吸收及熒光 幻滅特征而可在紫外燈下觀察結果。由于沉著于膜上的物質是HRP反應的中間產(chǎn)物,而非可見光下能見到的最終產(chǎn)物,所以可大幅度地提高這種固相免疫測定的敏 感性,較常規(guī)方法約增加100倍。至于酶脂質體放大系統(tǒng)(1iposomeamplificationsystem),也是一種新型高效的EIA測定放大 系統(tǒng)。
綜上所述,EIA測定放大方式雖然多種多樣,且不斷推陳出新,但研究者的出發(fā)點無非是一方面極力降低影響測定敏感性的非特異顯色,如通過 增加操作步驟而達到上述目的的免疫復合物轉移兩位點酶免疫試驗;另一方面則是通過質量提高的信號,從而達到提高敏感性的目的,如增加反應層次的生物素—親 合素,多酶級聯(lián)等放大系統(tǒng)。但嚴格地講,真正稱得上是EIA測定放大系統(tǒng)的僅限于后者,前者還只能說是一種所謂的超敏感 EIA(uhrasensitive enzyme immunoassay)。至于利用酶反應產(chǎn)物特征改變檢測手段(如發(fā)光或熒光檢測)而使EIA測定敏感性提高,則只不過是依靠儀器開闊了“視野“而已。