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실험실 환경에서 일반적으로 사용되는 영역을 프리온 오염 및 효과적인 오염 제거를 평가하는 방법은 부족합니다. 여기에 설명된 프로토콜은 특정 실험실의 개별 요구 사항을 충족하도록 쉽게 수정할 수 있는 실험실 프리온 안전 스와이프 테스트를 구현하기 위한 핵심 기본 사항을 제공합니다.
의인성 프리온 질환의 전염은 오염된 신경외과 도구, 이식 재료 및 프리온에 오염된 실험실 도구에 대한 직업적 노출로 인해 발생했습니다. 프리온은 프리온 단백질의 정상적인 세포 형태인 PrPC가 잘못 접힌 병원성 형태인 PrPSc 로 잘못 접힘으로써 질병을 일으키며 항상 치명적입니다. 의인성 및 직업성 프리온 전염을 줄이는 것은 어려운 일입니다. 첫째, 프리온은 표면에 결합하여 장기간 동안 지속될 수 있습니다. 둘째, 프리온은 불활성화에 대한 저항력이 매우 높습니다. 이를 감안할 때 표면은 비효율적인 오염 제거 후 장기간 감염성을 유지할 수 있습니다. 이는 프리온 실험실 작업자에게 잠재적인 직업적 위험을 초래할 수 있을 뿐만 아니라 민감한 프리온 증폭 기술을 사용하는 실험실 실험을 교차 오염시킬 수 있습니다. 프리온 안전 실험실 스와이프 테스트에 대해 여기에 설명된 프로토콜에는 교통량이 많은 실험실 구역의 식별 및 문서화 단계, 결과의 유효성을 보장하기 위한 권장 면봉 대조군, 양성 표면 면봉 부위에 대한 적절한 반응을 식별하는 단계, 프리온 스와이프 테스트의 대표 결과 및 잠재적인 아티팩트 결과가 포함됩니다. 전반적으로 프리온 안전 실험실 스와이프 테스트는 표면의 오염 제거를 평가하고, 프리온 오염에 대한 공용 공간을 모니터링하고, 프리온 오염 제거 상태에 대한 문서화를 구현하기 위해 더 광범위한 프리온 안전 프로그램의 일부로 구현될 수 있습니다.
프리온 질환은 알려진 치료법이나 치료법이 없는 치명적인 신경퇴행성 질환입니다. 프리온 질환은 프리온 단백질 1,2,3,4,5, PrP C의 정상 세포 형태의 잘못 접힌 병원성 형태인 PrPSc에 의해 발생합니다. 프리온 질병은 인간과 다른 여러 동물 종에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 인간 프리온병의 하나인 크로이츠펠트-야콥병(CJD)은 산발성, 유전성, 후천성의 세 가지 원인으로 알려져 있습니다. 후천성 CJD는 우발적인 전염(의인성 및 직업적 전염)의 결과로 발생할 수 있으며, 파푸아뉴기니6의 포어(Fore)족에서 쿠루(Kuru)의 원인으로 생각된다.
프리온 전염은 프리온에 오염된 의료기기 및 이식 물질과 관련이 있습니다 7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. CJD의 의원성 전염은 혈액, 조직 또는 프리온으로 오염된 표면을 통해 발생할 수 있습니다 18,19,20. 예를 들어, 의원성 CJD는 CJD의 전임상 단계에 있는 개인에게 이전에 사용된 전극으로 뇌파를 촬영한 후 나중에 CJD21에 굴복한 환자에서 발생할 수 있습니다. 보다 최근에는 실험실 기반 직업 전염이 발생했는데, 실험실 작업자가 양에 적응한 BSE에 감염된 동물의 뇌 조각을 처리하는 데 사용되는 집게로 피부를 뚫어 프리온 질병에 감염되었습니다22,23. 이러한 전염 시나리오는 프리온 샘플이 처리되는 임상, 실험실 및 진단 실험실 환경에서 발생할 수 있습니다.
프리온은 일반적인 소독 기술에 저항하며 장기간 표면에 남아 감염성을 유지할 수 있습니다 24,25,26,27,28,29. 에탄올, 페놀 세척제, 과산화수소, 다양한 형태의 방사선 및 포름 알데히드의 사용과 같은 일반적인 소독 기술은 프리온의 비활성화에 부적절하여 표면이 감염성을 유지할 수 있습니다 30,31,32,33,34,35,36,37. 이러한 특성은 의인성 및 직업적 노출 동안 프리온의 전파에 기여합니다.
환경 프리온을 검출하는 방법은 최근에 와서야 개발되었습니다. 실시간 떨림 유도 변환(RT-QuIC)과 결합된 환경 면봉 방법은 비효율적인 소독 후 일반적인 실험실 표면뿐만 아니라 환경 표면에서 잔류 프리온 감염성을 평가할 수 있습니다 38,39,40,41,42. 여기에서는 이 기술을 보다 광범위한 프리온 안전 프로그램에 통합할 수 있는 방법을 설명합니다. 전반적으로 이 방법은 실험실에 의존하는 소독 프로토콜의 모니터링, 오염 상태에 대한 조사 및 적절한 문서화를 가능하게 할 수 있으며, 이는 교차 오염을 최소화하여 실험의 타당성을 보장하는 데 도움이 될 수 있으며, 프리온 오염에 대한 공유 사용 공간 평가, 일반적으로 오염되는 영역을 기반으로 인력에 대한 방향성 재교육을 가능하게 합니다.
동물과 관련된 모든 절차는 Creighton University Institutional Animal Care and Use Committee에 의해 승인되었으며 실험실 동물의 관리 및 사용 가이드를 준수했습니다.
참고: 프리온 안전 실험실 스와이프 테스트의 개략적인 개요는 그림 1에 나와 있습니다.
1. 면봉 부위 선정 및 표면 면봉 준비
2. 양성 및 음성 대조군 면봉 준비
3. 표면 면봉
4. 면봉 추출 및 진공 농도
알림: 기기가 예열될 수 있도록 사용 30분 전에 진공 농축기를 켜십시오.
5. RT-QuIC에 사용하기 위한 면봉 제어 준비
알림: RT-QuIC 제어는 면봉, 추출 또는 농축 절차 중에 오염이 발생하지 않았는지 확인하기 위해 환경 면봉 추출물을 분석하기 전에 수행해야 합니다. 레이아웃의 예는 그림 3 및 그림 4를 참조하십시오.
6. RT-QuIC에 사용하기 위한 시료 준비
7. RT-QuIC 분석 및 결과
양성 및 음성 결과에 대한 서면 설명(양성/음성 플레이트 및 면봉 대조군 포함)
음성 대조군 면봉은 면봉, 추출 및 농축 과정에서 유입될 수 있는 잠재적인 프리온 오염을 모니터링하기 위해 감시 면봉에 포함됩니다. 주어진 월간 감시를 위해 수행되는 첫 번째 RT-QuIC 플레이트에는 양성 및 음성 면봉 대조군이 포함되어야 합니다. 성공적인 음성 대조군은 양성 형광 임계값을 넘지 못합니다(그림 6A). 이 결과는 실험 절차 중에 오염이 발생하지 않았음을 나타냅니다. 성공적인 양성 대조군 면봉 추출물은 주어진 샘플에 대한 모든 복제 웰에서 양성 파종을 나타냅니다(양성 대조군 면봉은 햄스터 적응 전염성 밍크 뇌병증 균주 Hyper(HY TME) 뇌 균질산염으로 오염되었습니다. positive control dilution series를 포함하면 주어진 실험에 대한 프리온 검출의 민감도를 측정할 수 있습니다(그림 6A).
표면 면봉 추출물 샘플을 검사할 때 미리 결정된 양성 형광 임계값 이상으로 시딩을 보여주지 않는 표면은 프리온 음성으로 간주될 수 있습니다(그림 6B). 반대로, 프리온에 오염된 표면 면봉 추출물은 양성 형광 임계값 이상의 파종 능력을 보여주지만, 최대점 비율(MPR) 및 형광 시간은 포함된 양성 플레이트 대조군에 비해 다를 수 있습니다(그림 6B). 적절한 소독을 평가하는 방법의 능력은 표백제로 처리된 프리온 오염 표면에서 강조되며, 이 표면은 현재 RT-QuIC를 파종하지 못합니다(그림 6B).
중요한 것은 우리 실험실에서 양성 샘플을 복제 우물의 절반 이상에서 설정된 양성 형광 임계값을 통과하는 샘플로 정의하지만 각 실험실마다 자체 표준을 설정해야 한다는 것입니다. 아밀로이드 형성 속도(RAF)와 형광 시간도 양성에 대한 실험실별 임계값을 설정하는 데 사용할 수 있습니다.
우리는 양성 형광 임계값을 통과하지만 운동 곡선이 변경되고 양성 대조군 샘플에 비해 비정상적으로 오랜 시간 후에 형광이 나타나는 표면 아티팩트 결과를 관찰했습니다(그림 6C). 이러한 결과는 표면에 존재하는 먼지 또는 잔류 화학 물질의 존재로 인해 발생할 수 있으므로 신중하게 해석해야 합니다. 이러한 결과는 일반적인 실험실 청결의 필요성과 진양성(true positive)과 위양성(false positive) 파종을 구별하는 기준을 강조합니다.
고체 및 액체 생물학적 위험 폐기물의 처리는 해당 기관의 현재 생물학적 위험 처리 지침에 따라 수행되어야 합니다. 일반적인 프리온 소독 기술에는 수산화나트륨, 차아염소산나트륨(표백제) 또는 134°C에서 18분 동안 오토클레이빙 처리가 포함됩니다 43,44,45,46.
그림 1: 프리온 안전성 실험실 스와이프 테스트의 개략도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 샘플 면봉 부위 레이아웃. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 면봉 대조군을 위한 샘플 실험 설계에는 프리온 안전성 실험실 스와이프 테스트가 포함되었습니다. (A) 음성 및 양성 면봉 추출물 대조군을 위한 샘플 레이아웃. (B) 음성 및 양성 면봉 추출물 대조군은 50μL의H2O로 재현탁해야 합니다. 재현탁된 면봉 추출물을 조직 희석 용액으로 희석하여 10배 희석해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 프리온 안전 실험실 스와이프 테스트에서 표면 면봉 추출물에 대한 샘플 실험 설계. (A) 표면 면봉 추출물에 대한 샘플 레이아웃. (B) 표면 면봉 추출물 샘플은 20μL의 조직 희석 용액으로 재현탁해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 월간 프리온 안전 실험실 스와이프 테스트. 결과를 해석하고 적절한 응답을 결정하는 데 사용되는 순서도입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 대표적인 표면 면봉 실험. (A) 음성 면봉 추출물 대조군을 삼중(DPBS, 감염되지 않은 햄스터 뇌 균질화 10-4 및 10-10) 및 양성 면봉 추출물 대조군을 삼중(HY 뇌 균질화 10-3)으로 포함하는 표면 면봉 조절판. (B) 오염 전, HY 10-3 오염 후, 오염된 표면의 표백제 처리 후 면봉으로 면봉 채취한 벤치탑, 유리 및 스테인리스강(SS) 표면에 대한 대표적인 면봉 추출물. (C) 감염되지 않은 뇌 균질산염 10-4, HY 뇌 균질액 10-3 및 미세한 먼지 필름으로 코팅된 탁상에서 추출한 면봉 추출물의 형광 추적 비교. 패널 A와 B에 대한 음극판 대조군에는 블랭크(조직 희석 용액)와 감염되지 않은 햄스터 뇌 균질화 10-4가 포함됩니다. 패널 B는 감염되지 않은 뇌 균질화 10-4의 첨가 및 HY 뇌 균질화 10-3의 양성 플레이트 제어를 포함합니다. 양성 형광 역치(빨간색 점선으로 표시)는 2로 결정되었습니다. 보고된 최대점 비율(MPR)은 최대 형광을 플레이트 리더에서 얻은 초기 형광 판독값으로 나눈 값입니다. 각 점은 주어진 표본 유형에 대한 하나의 기술 우물 반복을 나타냅니다. 평균과 표준 편차가 제시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1: 샘플 면봉 사이트 월간 문서 양식. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 1: 스왑 사이트 레이아웃 템플릿. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 2: 면봉 사이트 월간 문서 양식. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
설명된 프리온 안전 면봉 방법은 기존 프리온 안전 조치를 강화하는 데 사용할 수 있습니다. 이 방법은 프리온 실험실 공간 및 장비뿐만 아니라 공유 실험실 공간에서도 잠재적인 프리온 오염을 모니터링할 수 있습니다. 중요한 것은 이 방법을 적용하여 프리온으로 오염된 표면의 오염 제거를 확인하기 위해 실험실별 소독 기술을 테스트하는 데 적용할 수 있다는 것입니다. 다양한 프리온 균주가 소독 기술에 대해 서로 다른 민감도를 나타내기 때문에 이 방법은 이러한 기술이 수산화나트륨 또는 차아염소산나트륨(표백제) 43,44 처리와 같은 현재 실험실 실험에 효과적임을 확인할 수 있습니다.
이 방법론의 주요 단계에는 실험의 다운스트림 교차 오염과 관련될 수 있는 모니터링 영역뿐만 아니라 트래픽이 많은 영역의 샘플을 제공할 적절한 면봉 사이트를 식별하는 것이 포함됩니다. 또한 실험실은 해당 실험실이나 클리닉에서 일반적으로 사용되는 대조군을 밀접하게 반영하는 양성 및 음성 대조군을 활용해야 합니다. 예를 들어, 설치류 프리온으로 작업하는 경우 양성 및 음성 대조군은 해당 종과 일치해야 합니다. 마지막으로, 감시 데이터는 양성 추세를 쉽게 식별할 수 있도록 최신 상태로 유지되고 조직되어야 하며, 이를 통해 특정 영역에서 일관된 양성 결과가 나올 경우 실험실 직원의 완화 및 재교육을 가능하게 해야 합니다.
이 프로토콜의 한 가지 제한 사항은 잘못된 RT-QuIC 결과가 생성될 수 있다는 것입니다. RT-QuIC의 민감한 특성을 감안할 때 실험실 표면에 잔류 세제, 소금 및 기타 물질이 존재하면 반응 결과에 영향을 미칠 수 있습니다39. 전반적으로 이러한 관찰을 감안할 때 표면에 잔류 소금, 세제 및 먼지와 같이 RT-QuIC를 방해할 수 있는 물질이 없는 것이 유리합니다. RT-QuIC 방법론이 개선됨에 따라 현재 RT-QuIC의 한계 중 많은 부분이 해결될 것으로 예상됩니다. 따라서 당사는 최종 사용자가 RT-QuIC의 최신 개선 사항을 활용하기 위해 문헌을 계속 확인할 것을 권장합니다.
프리온을 연구하는 실험실에서 이 방법의 주요 이점은 민감한 증폭 분석 결과에 영향을 미칠 수 있는 오염을 최소화할 수 있다는 것입니다. 부검 도구는 일반적으로 향후 부검을 위해 재사용하기 전에 소독합니다. 설명된 면봉 방법은 다운스트림 결과에 영향을 미칠 수 있는 잔류 프리온 감염성에 대한 부검 도구를 평가하는 방법을 제공합니다. 이는 조직에서 프리온 검출이 부검 도구의 오염으로 인한 것이 아닐 가능성을 배제하기 위해 실험에 추가적인 수준의 엄격함을 제공할 수 있습니다.
J.C.B.와 Q.Y.는 프리온 표면 면봉 기술과 관련된 특허 출원의 발명자입니다.
이 연구는 크로이츠펠트 야콥병 재단(Creutzfeldt Jacob Disease Foundation)의 보조금으로 지원되었습니다. 자금 제공자는 연구 설계, 데이터 수집 및 해석 또는 출판을 위해 연구를 제출하는 결정에 아무런 역할도 하지 않았습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Fisherbrand PurSwab Foam Swabs | Fisher brand | Catalog #14-960-3E | |
Milli-Q IQ 7005 Ultrapure Water System | MilliporeSigma | Q7005T0C | |
Mini-centrifuge, 6000 rpm | Southern Labware | MLX-306 | |
Omega plate reader | BMG Labtech | FLUOstar Omega plate reader | |
Q700 sonicator | QSonica | Q700-110 | |
Recombinant hamster prion protein | MNPRO | MNPROtein-Hamster | syrian hamster, amino acids 90-231 |
Savant speedvac | Thermo Scientific | SPD1030-230 | |
Silica nanospheres (50 nm) | nano Composix | SISN50-25M |
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