Method Article
Este estudio describe una -Imagen basado ensayo de micro-neutralización para analizar las relaciones antigénicas entre los virus. El protocolo emplea un escáner de superficie plana y tiene cuatro pasos, incluyendo la titulación, la cuantificación de titulación, neutralización, y la cuantificación de neutralización. El ensayo funciona bien con pdm09 corriente que circula la gripe A (H1N1), A (H3N2), virus A y B.
The micro-neutralization (MN) assay is a standard technique for measuring the infectivity of the influenza virus and the inhibition of virus replication. In this study, we present the protocol of an imaging-based MN assay to quantify the true antigenic relationships between viruses. Unlike typical plaque reduction assays that rely on visible plaques, this assay quantitates the entire infected cell population of each well. The protocol matches the virus type or subtype with the selection of cell lines to achieve maximum infectivity, which enhances sample contrast during imaging and image processing. The introduction of quantitative titration defines the amount of input viruses of neutralization and enables the results from different experiments to be comparable. The imaging setup with a flatbed scanner and free downloadable software makes the approach high throughput, cost effective, user friendly, and easy to deploy in most laboratories. Our study demonstrates that the improved MN assay works well with the current circulating influenza A(H1N1)pdm09, A(H3N2), and B viruses, without being significantly influenced by amino acid substitutions in the neuraminidase (NA) of A(H3N2) viruses. It is particularly useful for the characterization of viruses that either grow to low HA titer and/or undergo an abortive infection resulting in an inability to form plaques in cultured cells.
Micro-neutralización (MN) ensayos se utilizan en virología para la cuantificación de anticuerpos neutralizantes y de las actividades antivirales. Como una alternativa de inhibición de la hemaglutinación (HI), ensayos de MN pueden superar los efectos no antigénicos influenciados por los cambios de afinidad de unión al receptor en los virus de influenza, que puede complicar la interpretación de los resultados de HI 1,2,3. Hasta hace poco, la mayoría de los ensayos de MN se basaron en los efectos citopáticos (CPE) o ensayos inmunoabsorbentes ligados a enzimas (ELISA) 4,5. MN ensayos basados en la reducción de enfoque y la placa se desarrollaron en 1990 6,7,8. ensayos de reducción de placas se basan en el recuento de placas visibles para cuantificar la infectividad. Sin embargo, los conteos visuales sólo cubren grandes placas que son resolubles por los ojos humanos, a pesar de que la mayoría de las placas son pequeños e invisibles para muchos virus circulantes actuales. Esta cobertura incompleta puede causar una variación significativa entre los examinadores y entre experimentos, lo que lleva a incomparable resultados. También es imposible utilizar el método cuando algunos virus muestran infección abortiva de células individuales o muy pequeñas placas.
La resolución de contaje pobre se puede mejorar mediante la introducción de un protocolo basado en formación de imágenes. Con los avances en la tecnología, microscopía óptica y de alto rendimiento de los lectores de placas bien pueden proporcionar medios precisos para contar las células infectadas 9. Bajo el microscopio trans-iluminación, las células infectadas etiquetados con ciertos marcadores pueden ser visualizados por su absorción o fluorescencia contraste en la resolución subcelular. Una muestra puede ser analizada en una pantalla de ordenador.
Desafortunadamente, debido a la limitación en el campo de vista, se requieren más de un centenar de imágenes en mosaico para cubrir un solo pozo. El análisis de una placa con 96 pozos requeriría la formación de imágenes y procesamiento de cerca de diez mil imágenes. Tal proceso laborioso es largo y costoso, y la resolución obtenida es en génerosl innecesario para la caracterización de rutina de infecciones virales. Laboratorios con un presupuesto limitado pueden encontrar que el enfoque en torno a un escáner de superficie plana ofrece una alternativa de alto rendimiento rentable.
En este trabajo se describe un ensayo de reducción de placas MN mejorado que es adecuado para la caracterización antigénica de un gran número de virus y para medir cuantitativamente las actividades antivirales y anticuerpos de neutralización. El ensayo tiene varias ventajas: en primer lugar, es un ensayo basado en formación de imágenes que es capaz de medir las infecciones de virus en el nivel celular, independientemente del tamaño de la placa. Contando la población total de células infectadas (ICP) dentro de un bien aumenta en gran medida la sensibilidad de detección, por lo que es posible caracterizar el virus con baja infectividad. En segundo lugar, una valoración cuantitativa más precisa se introduce antes de la neutralización para determinar la cantidad de virus de entrada. El virus de entrada cuantitativa reduce significativamente la variación entre los diferentes experimentos y hace que los resultados sean más comparables entre los laboratorios. En tercer lugar, los títulos de neutralización pueden determinarse directamente mediante el análisis de imágenes, por lo que la cuantificación rápida y fácil de usar. Por último, el protocolo ofrece una alternativa rentable y de alto rendimiento con la resolución y la precisión requerida. La cuantificación se basa en un escáner de superficie plana y software de procesamiento de datos libre. Todo el conjunto tiene un tamaño reducido y se puede implementar en la mayoría de los laboratorios.
El protocolo presentado en este documento consta de cuatro pasos importantes, incluyendo la titulación del virus, la cuantificación de titulación, la neutralización del virus, y la cuantificación de neutralización. Titulación del virus es un experimento de preparación que determina la cantidad de virus de entrada que se utilizará en la neutralización. Durante una titulación, una serie de concentraciones virales se aplican a las monocapas de células en una placa de 96 pocillos. Las células infectadas se cuantifican a continuación en la sección 2. El Dilu viralción que produce el 20% -85% ICP se aplica a su vez como virus de entrada correspondiente a la neutralización de 3. Los títulos de la sección del protocolo de neutralización se cuantifican utilizando la sección 4. Los experimentos que siguieron los protocolos anteriores se presentan en los resultados representativos. El ensayo ha sido probado a fondo durante los últimos dos años con la mayoría de los virus de la gripe que circulan corrientes, tales como A pdm09 (H1N1), A (H3N2), virus A y B. Los resultados de la caracterización virus de la gripe se incluyeron en los informes para la reunión de consulta de la OMS que dio recomendaciones sobre vacunas contra la gripe para su uso en el hemisferio sur en 2016 y en el Hemisferio Norte 2016-2017.
NOTA: El nivel de bioseguridad (BSL) para el siguiente protocolo es BSL 2 para los virus de la gripe estacional y BSL 3+ para los virus de influenza pandémica potenciales. se requiere la titulación viral antes de un experimento de neutralización para decidir la concentración viral del control viral (VC).
Titulación 1. Virus
NOTA: En función del número de virus y el número de duplicados, una placa se puede configurar con los siguientes flexibilidades: (1) La dilución viral puede ser arreglado a lo largo de las filas o las columnas (Figura 1). Cada virus debe ocupar una fila / columna separada. (2) El incremento de la dilución viral es flexible, pero debe comenzar con la más alta concentración viral en la esquina superior izquierda. (3) No hay ninguna restricción sobre el número de duplicados.
NOTA: Madin Darby de riñón canino (MDCK) y MDCK-SIAT1 células (SIAT) fueron amablemente proporcionados por el Dr. M. Matrosovich, Marburg, Germuchos 10. células SIAT son células MDCK transfectadas de forma estable con el CMP-N-acetilneuraminato humano: gen de la ß-galactósido α-2,6-sialiltransferasa para una mayor expresión de ácido siálico (SA) oligosacáridos α2-6Gal terminados en.
2. Cuantificación de titulación
La neutralización 3. Virus
NOTA: Calcular el número de placas necesarias para el ensayo de neutralización. Cada placa puede acomodar un virus y un número de antisueros.
NOTA: En función del número de antisueros y el número de duplicados, una placa se puede configurar con la famie siguiente flexibilidades: (1) La dilución de suero se pueden disponer a lo largo de la fila o la columna (Figura 4). Cada suero debe ocupar una fila o columna separada. (2) El incremento de la dilución del suero es flexible, pero debe comenzar con la concentración más alta de suero en la esquina superior izquierda de una placa. (3) El número de duplicados equilibra el número de antisueros. Más duplicados pueden ayudar a suavizar las variaciones experimentales. (4) El número de la VC y el número del control celular (CC) duplicados son flexibles, pero también deben estar en filas o columnas separadas. Se espera que el número de duplicados VC es significativamente mayor que la de los antisueros.
4. Neutralización Cuantificación
Siguiendo los procedimientos anteriores, se presentan algunos resultados de los últimos experimentos de caracterización antigénica. La configuración de valoración se diseñó para examinar ocho virus de entrada, con duplicados dobles para cada dilución. Las diluciones virales fueron probados entre 1,0 x 10 -1 y 1,0 x 1,0 -6 para cubrir las variaciones entre los virus. Los virus de ensayo fueron del subtipo H3N2, incluyendo A / Camerún / 15V-3538/2015, A / Vladivostok / 36/2015, A / Moscow / 103/2015, A / Tomsk / 5/2015 / A / Moscow / 101 / 2015, A / Moscow / 100/2015, A / Moscow / 133/2015, y A / Bratislava / 437/2015. Los resultados de la valoración se ilustran en la Figura 5. La figura 5d demuestra la disminución de la ICP con el aumento de la dilución de virus. Las curvas se normalizaron contra los ICP de los mismos virus que produjeron infecciones en todas las células dentro de un pozo 12 (que se define como la saturación de ICP). Si el ICP no alcanzó la saturación con la hiGhest concentración de virus, se utilizó la media de ICP correspondientes duplicados en lugar (A / Moscow / 103/2015 en la Figura 5d). Las diluciones de virus que producen 30% de la saturación de ICP fueron elegidos como la dilución de virus de entrada para la neutralización (Tabla 3).
La neutralización del virus destinado a tener una entrada contra cinco antisueros, con duplicados dobles en cada placa. El virus H3N2 de referencia mostrado es A / Estocolmo / 63 / año 2015. Los cinco antisueros son A / HK 4801/14 F12 huevo / 15, A / HK 7295/14 MDCK F02 / 15, A / Sudáfrica r2665 / 15 SIAT F50 / 15, A / Swiss 9715923/13 SIAT NIBF F18 / 15, y A / 525/14 SIAT holandés F23 / 15. Los resultados de neutralización se ilustran en la Figura 6. La figura 6d muestra el progreso de la infección con el aumento de la dilución de suero. La población positiva normalizada en el eje vertical representa la proporción de ICP de la respuesta correspondiente antisueros frente a la media ICPdel virus de referencia 12. El ICP fondo de los controles de células no infectadas se restó durante la normalización. Los títulos de neutralización se determinaron como los recíprocos de las diluciones de antisuero correspondientes a la reducción de ICP% 50 (Tabla 4). La interpolación lineal se utilizó para estimar los títulos que caen entre dos diluciones de suero adyacentes.
Figura 1: Ejemplo de una configuración de placa de pocillos en un experimento de titulación del virus. virus de prueba se asignan a las filas separadas (A a H). Columnas están diseñados para diferentes diluciones virales (1 a 12). Dos columnas se utilizaron como duplicados para cada dilución viral. Barra de escala = 10 mm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Esquema de un sistema de barrido de la muestra. (A) Una placa de 96 pocillos en la posición de formación de imágenes de un escáner de superficie plana (republicado de referencia 11 con permiso de Elsevier), y (b) las dimensiones de la posición final en forma de L que se muestran en (a). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Diagrama de escritorio del software de cuantificación "Wellplate Reader". Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Ejemplo de una configuración de placa de pocillos en un experimento de neutralización. Cada antisuero se asigna a dos columnas con duplicados (1 a 10). Las filas están diseñados para diferentes diluciones de suero (A a H). El control de virus toma la columna 11, con ocho duplicados (A11 a H11). El control de células está en la columna 12, con ocho duplicados (A12 a H12). Barra de escala = 10 mm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Resultados de un experimento de valoración. (A) La configuración de placa de pocillos, (b) escanea bien la placa radiográfica, (c) la ilustraciónde la, se cuantificó, población celular infectado con virus de color codificada, y (d) normalizados poblaciones de células infectadas por virus contra diluciones de virus. 30% ICP se utilizó como umbral. Las barras de error en (d) son desviaciones estándar (DE) de las duplicaciones de la muestra (± 1 SD). Las barras de escala en (b) y (c) = 10 mm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: Resultados de un experimento de neutralización. (A) La configuración de placa de pocillos, (b) bien la placa radiográfica, (c) la ilustración de la, población de células infectados con virus se cuantificó, y (d) la población de células infectadas por virus normalizada frente a la dilución de suero escaneada. La vi de entradarus (VC) es A / Estocolmo / 63 / año 2015. 50% ICP se utilizó para calcular los títulos. Las barras de error en (d) son desviaciones estándar (DE) de las duplicaciones de la muestra (± 1 SD). Las barras de escala en (b) y (c) = 10 mm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
S1 complementario: Haga clic aquí para descargar este archivo.
dilución típica | ||
células MDCK | Células MDCK-SIAT1 | |
2 días | 1: 5 (1 + 4) | 01:10 (1 + 9) |
3 días | 01:10 (1 + 9) | 01:20 (1 + 19) |
Número típico de células por ml | ||
células MDCK | Células MDCK-SIAT1 | |
2 días | 2 x 10 5 | 1 x 10 5 |
3 días | 1 x 10 5 | 5 x 10 4 |
Tabla 1: diluciones típicas en una subcultura de matraces confluentes de células MDCK o MDCK-SIAT1.
Modo | Modo profesional |
Tipo de Documento | Película (con guía de área) |
Tipo de exposición automática | Foto |
EstoyTipo de edad | Color de 24 bits |
Resolución | 1.200 dpi |
Formato de imagen guardada | PELEA |
Tabla 2: Configuración típica de un escáner de superficie plana.
Fila | Virus | Se recomienda la dilución |
UN | A / Cameron / 15V-3538/2016 | 1,0 x 10 -2 |
segundo | A / Vladivostok / 36/2015 | 1,0 x 10 -3 |
do | A / Moscow / 103/2015 | 1,1 x 10 -1 |
re | A / Tomsk / 5/2015 | 5,9 x 10 -1 |
mi | A / Moscow / 101/2015 | 8,3 x 10 -1 |
F | A / Moscow / 100/2015 | 1,4 x 10 -2 |
GRAMO | A / Moscow / 133/2015 | 1,3 x 10 -2 |
MARIDO | A / Bratislava / 437/2015 | 1,3 x 10 -4 |
Tabla 3: diluciones virales calculados a partir de una población de 30% ICP.
Columna | antisueros | título recomendada |
1 - 2 | A / HK4801 / 2014 | 110 |
3-4 | Un / HK7295 / 2014 | 213,3 |
5 - 6 En | A / Sudáfrica / r2665 / 2015 | 2155.8 |
7-8 | A / Suiza / 9715293/2013 | 89.4 |
9-10 | A / Países Bajos / 525/2014 | 78.6 |
Tabla 4: Los títulos a 50% de ICP A / Estocolmo / 63/2015 frente a antisueros.
En este estudio, hemos descrito un ensayo de MN a base de formación de imágenes para cuantificar las verdaderas relaciones antigénicas entre los virus. En comparación con otros ensayos de reducción de placa, el método hace hincapié en la medición de la ICP de un bien todo, garantizar la cobertura completa de la población infecciosa. Su independencia de la formación de placa también se amplía la aplicación del ensayo a los virus que pueden formar pequeñas placas principalmente invisibles o que sólo pueden manejar la infección de una sola célula. Por lo tanto, el ensayo es capaz de examinar más virus y los efectos de una gama más amplia de anticuerpos que HI, y ayuda a reflejar de forma más exhaustiva las similitudes antigénicas o diferencias entre los virus 12. Por ejemplo, cuando se incluye carboxilato de oseltamivir, el ensayo de MN se ve menos afectada por NA unión dependiente, lo que refleja las diferencias antigénicas con más precisión. Durante el desarrollo del ensayo, se hicieron grandes esfuerzos para mejorar la consistencia experimento, la velocidad, y la detecciónsensibilidad, incluyendo mediante el control de los virus de entrada a través de la valoración cuantificada, de imágenes en un alto rendimiento con un escáner de superficie plana, y la implementación de una plataforma de procesamiento de datos fácil de usar. Los resultados han sido, en general consistentes con y confirmó las de HI. En particular, los resultados también revelaron diferencias antigénicas entre variantes de deriva antigénica de los virus recientes de tipo A y de la vacuna B, así como cambios antigénicos causados por los cambios de cultivo seleccionada o esporádicos, tales como la sustitución G155E en HA1 de ciertos (H1N1) virus pdm09 A 12.
El protocolo de juego con el tipo de virus o subtipo con la selección de líneas celulares que dieron la infección más fuerte, lo que permitió aumentar la señal de imagen. variación experimental se alisa con el diseño de duplicados que equilibrarse con el número de antisueros probado. Las incertidumbres también pueden provenir de la calidad de imagen, que está influenciada principalmente por el dispositivo de formación de imágenes. Una superficie plana de color del escáner decente puede signinificativamente mejorar el contraste de la imagen y reducir el ruido. La cantidad de virus de entrada en la neutralización debe ser determinado cuantitativamente por adelantado de la valoración correspondiente, mientras que los virus todavía mantienen un estado similar. Durante la neutralización, la respuesta a una infección antisuero se normaliza contra la diferencia entre el virus de referencia (VC) y el nivel de fondo (CC). Las mediciones precisas de VC y CC son esenciales para un experimento de neutralización. Se recomiendan más duplicados (ocho duplicados fueron utilizados en los resultados representativos). Por último, la comprensión de que el software es vital para el éxito de un experimento. El software ha sido probado para la caracterización del virus de la rutina en el Centro de la Gripe de la OMS, Reino Unido durante más de dos años. Las instrucciones detalladas para hacer frente a diversas situaciones se proporciona en el S1 complementario.
Este ensayo MN es adecuado para aplicaciones en las que las muestras cubren una extremely gran campo de vista, pero sólo requieren de imágenes de resolución moderada. El bajo costo y fácil instalación hacen que el sistema fácilmente disponible para la mayoría de los laboratorios de virología. La variación en las mediciones de la misma muestra fue de menos de 3%, que define aproximadamente la incertidumbre introducida durante la exploración 11. Tal reproducibilidad es suficiente en muchos estudios virológicos y puede reducirse aún más el promedio de las imágenes de varias exploraciones.
En conclusión, este estudio demuestra un ensayo de MN robusto que puede ser utilizado de forma rutinaria en estudio antigénico y para apoyar los datos HI de análisis detallados de virus de la gripe actualmente en circulación, en particular para la selección bianual de virus para su inclusión en las vacunas de la gripe humana.
The authors have nothing to disclose.
The authors thank Dr. M. Matrosovich for providing the parent MDCK and MDCK-SIAT1 cell lines and Roche Pharmaceuticals for supplying the oseltamivir carboxylate.We also appreciate Dr. Anne Weston for valuable suggestions on the manuscript. This study was dependent upon the valued collaboration of the WHO National Influenza Centres and the WHO CCs within the WHO GISRS, who provided the influenza viruses used. This work was funded by the Medical Research Council through Programme U117512723.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
VGM | Sigma | D6429, P0781 | 500 ml DMEM+5 ml Pen/Strepb |
PBS A | Nature pH Phosphate-buffered saline: NaCl 10 g, KCl 0.25 g, Na2HPO4 1.437 g, KH2PO4 0.25 g, and Dist. Water 1 L. | ||
Avicell | FMC | RC-581F | 2.4 g in 100 ml distilled water dissolved by agitation on a magnetic stirrer for 1 hr. Sterilize by autoclaving. |
2x DMEM | Gibco | 21935-028 | |
Trypsin | Sigma | T1426 | |
Overlay (10 ml/plate): | 5 ml 2x DMEM, Trypsin 2 μg/ml final concentration, Avicell 5 ml | ||
Triton X- 100e | Sigma | T8787 | Permeabilisation buffer: 0.2% in PBS A (v/v) |
Tween 80 | Sigma | P5188 | Wash Buffer: 0.05% Tween 80 in PBS A (v/v) |
Horse serum | PAA Labs Ltd | B15-021 | ELISA Buffer: 10% in PBS A (v/v) + 0.1% Tween 80 |
Mouse MAb against influenza type A | Biorad | MCA 400 | 1st Antibody: 1:1,000 in ELISA Buffer |
Goat anti-mouse IgG (H+L) HRP conjugate | Biorad | 172-1011 | 2nd Antibody: 1:1,000 in ELISA Buffer |
True Blu peroxidase substrate | KPL | 50-78-02 | Substrate: True blue +0.03% H2O2g (1:1,000 of 30% solution) |
96-well flat-bottom microtitre plates | Costar | 3596 | |
8 channel multiwall-plate washer and manifold | Sigma | M2656 | |
Perfection Plate Scanner | Epson | V750 Pro | The imaging software can be downloaded freely from http://www.epson.com/cgi-bin/Store/support/supDetail.jsp?oid=66134&infoType=Downloads. |
Software operational environment: LabVIEW | National Instruments Corporation | Window based with NI Vision builder | Version: LabVIEW2012 or above |
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