利用數字ELISA

精確檢測血液中的神經生物標志物

蛋白質生物標志物檢測技術的進步，如數字酶聯免疫吸附測定（ELISA），正在突破神經研究和診斷的壁壘。本文將帶您了解什么是數字ELISA，它是如何工作的，以及研究人員如何利用它來改善神經系統疾病患者的醫療保健。

數字ELISA與傳統ELISA

常規ELISA是一種常用的測量蛋白質濃度的定量免疫檢測技術。這種技術使用微孔板來固定靶抗原或抗體，與靶分析物結合，并測量發射的信號。然而，常規ELISA的靈敏度通常不足以檢測某些生物標志物，尤其是在神經疾病和癌癥等疾病中重要的生物標志物。數字ELISA是超靈敏免疫檢測的發展。數字ELISA使用磁珠在飛升大小的孔中誘發酶促反應，與標準的基于三明治的免疫檢測技術相比，靈敏度高出幾個數量級。通過數字ELISA，研究人員可以檢測超低濃度的蛋白質——與傳統ELISA中的納摩爾（nM；10-9M）至皮摩爾（pM，10-12M）檢測水平相比，數字ELISA可在飛摩爾級別（fM；10-15M）內。

數字ELISA使科學家能夠檢測各種樣本類型中的低濃度神經生物標志物

靈敏度、準確性的提高和樣本體積的降低為研究人員等提供了新的檢測手段，尤其在神經病學領域，有助于測量以往低于常規免疫檢測技術定量極限的腦源生物標志物。數字ELISA有助于避免對腦脊液進行侵入性采樣的需要，同時提供檢測血液或其他非侵入性生物樣本中相同生物標志物的潛力。
 

數字ELISA技術革新神經生物學研究

阿爾茨海默病的生物標志物

作為癡呆癥最常見的病因，我們需要一種更快、更早、侵入性更小、成本更低的方法來診斷阿爾茨海默病（AD）。檢測血液中的腦源性生物標志物是一條很有前途的道路。研究人員使用Simoa®平臺來探索血液淀粉樣蛋白和Tau蛋白的潛力，根據已知處于AD不同階段的患者的CSF衍生圖譜的結果。研究發現，來自血液磷酸化Tau（p-tau181）和β淀粉樣蛋白（Aβ42/Aβ40）的數據與CSF衍生的生物標志物圖譜密切相關，這些標志物傳統上用于阿爾茨海默病的分期。這項研究反映了血液生物標志物作為準確診斷AD的基礎能力，而且具有簡單、無創和成本效益的特點。

ALS的生物標志物

肌萎縮側索硬化癥是一種退行性神經系統疾病。診斷通常依賴于對身體特征的復雜評估，如走路、說話和肢體力量。鑒定ALS的特異性和可靠的生物標志物將改善早期診斷、治療和整體患者護理。Falzone等人利用Simoa®的數字ELISA技術來解決這一未滿足的需求。研究人員評估了四種潛在的生物標志物，這些生物標志物可能指示ALS的不同階段或表現，并有助于將ALS與其他神經退行性疾病區分。他們評估了GFAP（神經膠質原纖維酸性蛋白）、UCHL-1（泛素羧基末端水解酶同工酶L-1）、NfL（神經絲輕鏈）和血液中的總tau水平。研究發現，所有生物標志物都可以在血清中可靠地檢測到，其水平低至數十或者數皮克每微升。雖然UCHL-1、NfL、GFAP都被證明是有前景的生物標志物，但NfL和UCHL1在ALS患者中顯示出強大的診斷和預后價值。

創傷性腦損傷的生物標志物

創傷性腦損傷可由工作場所或運動損傷、車輛碰撞和其他頭部鈍器創傷引起。通過各種掃描進行的常規評估成本高昂、耗時，有時甚至沒有結論。一個簡單、快速、準確的血液檢測將使治療更快開始。研究人員發現，血清生物標志物對創傷性腦損傷后的功能結果具有遞增的預后價值。他們通過人口統計學、臨床和放射學特征建立預后模型，如IMPACT和CRASH，檢查了六種生物標志物（S100鈣結合蛋白B[S10B]、神經元特異性烯醇化酶[NSE]、GFAP、UCH-L1、NfL和總tau）。這些發現支持血清生物標志物，特別是UCH-L1在已建立的預后模型中可良好整合。

數字ELISA在神經類生物標志物的未來

上面的案例只是許多使用Simoa®數字ELISA技術檢測和準確量化各種生物標志物的眾多案例中的一小部分。這項技術提供的低檢測極限使研究人員和臨床醫生能夠測量存在于外周生物樣本和生物流體中的生物標志物，這些生物標志物的濃度之前太低而不可靠。

采用Simoa®技術的數字ELISA

Quanterix提供Simoa®技術，讓您可以利用數字ELISA的力量和潛力，輕松、快速實現超低檢測。

捕獲單分子——單分子檢測
Simoa®基于順磁珠的分離，使用標準試劑檢測附著在這些磁珠上的單個免疫復合物。Simoa®與傳統免疫測定法的主要區別在于，能夠將單個珠子捕獲在飛升大小的孔中，并將熒光信號濃縮到小體積中，從而可以對單個珠子進行“數字”讀出，以確定它們是否與目標分析物結合。每個分子都會產生一個可以計數的信號。

產生離散的強信號
Simoa®陣列使用高分辨率熒光成像來確定與至少一種酶相關的珠的比例和每個孔的熒光強度。Simoa®的測量單位是每個磁珠的平均酶數（AEB）。使用超低分析物濃度下的泊松分布（數字模式）或更高濃度下的平均熒光強度（模擬模式）來計算。該系統用一層油覆蓋所有微孔，從而阻止擴散并顯示出離散的強信號。

檢測極限
憑借其數字計數算法，再加上強大的成像技術，Simoa®將LOD和LLOQ降低到低飛摩爾的范圍。

單重和多重檢測
使用Simoa®，您可以在高性能、可擴展的平臺上，在單個分析中檢測單個（單重）或多個（多重）目標。通過使用熒光標記的珠子，你可以一次找到多達四種生物標志物來研究臨床樣本中的復雜相互作用。生物學是復雜的。疾病是復雜的。數字免疫分析可以幫助您同時從多個角度看待問題，以揭示其復雜性。

Simoa®檢測可以檢測神經生物標志物，如NfL、tau、GFAP和其他幾種與腦損傷和疾病相關的生物標志物。使用Simoa®，研究人員可以在血清或血漿中檢測這些信息標記，從而在無需侵入性措施的情況下實現早期診斷和更好地了解疾病病理過程。

References

1. Rissin DM, Kan CW, Campbell TG, et al. Single-molecule enzyme-linked immunosorbent assay detects serum proteins at subfemtomolar concentrations. Nat Biotechnol. 2010;28(6):595-599. doi:10.1038/nbt.1641

2. Delaby C, Alcolea D, Hirtz C, et al. Blood amyloid and tau biomarkers as predictors of cerebrospinal fluid profiles. J Neural Transm (Vienna). 2022;129(2):231-237. doi:10.1007/s00702-022-02474-9

3. Falzone YM, Domi T, Mandelli A, et al. Integrated evaluation of a panel of neurochemical biomarkers to optimize diagnosis and prognosis in amyotrophic lateral sclerosis. Eur J Neurol. 2022;29(7):1930-1939. doi:10.1111/ene.15321

4. Helmrich IRAR, Czeiter E, Amrein K, et al. Incremental prognostic value of acute serum biomarkers for functional outcome after traumatic brain injury (CENTER-TBI): an observational cohort study. Lancet Neurol. 2022;21(9):792-802. doi:10.1016/S1474-4422(22)00218-6