封面文章 | 彩科数字ELISA在儿童哮喘细胞因子多重检测方向的应用

哮喘属于一种异质性疾病，Th1/Th2 比率以及相关细胞因子（如 IL-4、IL-6 和 IFN-γ）的变化是该疾病重要的生物标志物。同时检测血清 IL-4、IL-6 和 IFN 水平是一种省时又经济高效的方法，可以用来监测有关支气管哮喘状态，同时又可以最大限度地降低检测样本量的需求。

本研究报告了彩科生物的多重数字 ELISA 方法，该方法使用编码的微磁珠来专门提高 IL-4、IL-6 和 IFN-γ 的结合效率。同时杨教授团队和崔教授团队还开发了一种新的荧光分析方法来提高细胞因子检测的灵敏度。 

本研究所使用的彩科生物多重单分子检测（数字 ELISA）系统包括一个具有16个芯片的光盘，一个液体泵送装置，一个磁珠控制装置，一个光学成像系统和智能荧光图像分析软件（图1A）。

磁珠的荧光图像记录步骤：

（1）孵育磁珠以捕获颗粒夹层结构中的靶蛋白，

（2）通过注射泵将编码的磁珠自动加载到微通道中，

（3）图像分析。

磁珠的加载分为三个步骤：

（1）将与磁珠混合的血清注入流道，

（2）施加外部磁场以将磁珠捕获在微孔阵列中，

（3）出口中的泵将氟碳油吸入芯片以密封每个腔。不会落入微孔的磁珠被油流冲走（图1B）。

封装在微孔中的溶液含有酶底物。如果微孔含有磁珠免疫复合物，酶底物将被磁珠免疫复合物上的的酶水解，然后在激发光的照射下发出荧光。

图1 系统、操作流程和芯片示意图

本研究检测了 20 名健康儿童和 40 名哮喘儿童血清中 IL-4、IL-6 和 IFN-γ 的浓度。虽然缓解期儿童IL-4和IL-6浓度明显高于健康儿童（P < 0.01），但IFN-γ浓度较低（P < 0.01；图2D）。哮喘发作期间的 IL-4 和 IL-6 浓度高于缓解期间。相比之下，缓解期 IFN-γ 的浓度较高，这表明随着疾病进入缓解期，这三种细胞因子的浓度趋向于健康儿童的浓度。在治疗上，尽管没有临床症状，但抗过敏炎症治疗应在缓解期继续进行。

图2 MFII 和血清样本的细胞因子浓度分析结果

本研究测量了儿科哮喘患者血清中三种细胞因子的水平。我们发现 ，哮喘患儿的IL-4和IL-6浓度高于无哮喘患儿，IFN-γ 水平较低。IFN-γ和IL-4是可以指示 Th1 / Th2比率的细胞因子; 因此，研究的结果支持 Th1 / Th2细胞因子失衡可能是导致哮喘发作的机制的假设。

本研究的实验结果表明，IL-4，IL-6和IFN-γ是哮喘患儿的重要炎症因子。在儿童哮喘发作期间，IL-4和IL-6显著增加，并随着疾病的改善而逐渐降低。IFN-γ的浓度变化则是相反的。这三种细胞因子参与哮喘患儿的气道炎症反应，与哮喘的发生和发展有明显的相关性。

彩科生物多重数字ELISA技术，因其具备超灵敏和多重检测等优势，使得疾病早期低丰度的生物标志物检测成为可能，可以帮助医生对炎症、癌症和传染病等疾病进行早期干预和治疗。

参考资料:

Yang SM, Bi Q, Zhang WJ, Cui X, Zhou Y, Yuan C, Cui Y. Highly accurate multiprotein detection on a digital ELISA platform. Lab Chip. 2022 Jul 6. doi: 10.1039/d2lc00388k. Epub ahead of print. PMID: 35791922.

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