Tổng quan
ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) hay EIA (Enzyme ImmunoAssay) là một kỹ thuật sinh hóa để phát hiện kháng thể hay kháng nguyên trong mẫu xét nghiệm. Hiện nay ELISA được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu như y học, nông nghiệp và đặc biệt là trong các quy trình kiểm tra an toàn chất lượng các sản phẩm sinh học. Nguyên lý của ELISA chính là dựa vào tính đặc hiệu kháng nguyên – kháng thể và gồm các bước cơ bản như sau:
(1) Kháng nguyên – antigen (KN) chưa biết được gắn trên một bề mặt;
(2) Kháng thể – antibody (KT) biết trước được “rửa” qua bề mặt đó. Kháng thể này được gắn kết với enzyme;
(3) Thêm vào một cơ chất (substance); enzyme sẽ biến đổi cơ chất này và tạo tín hiệu có thể xác định được.
Đối với các ELISA phát quang, ánh sáng sẽ được phát ra từ mẫu chứa KN-KT. Sự hiện diện của phức hợp KN-KT sẽ quyết định cường độ sáng phát ra.
Với nguyên lý trên, ELISA giúp xác định sự có mặt hay không có mặt cũng như lượng KN trong mẫu nghiên cứu.
Để tiến hành ELISA cần phải có ít nhất một KT đặc hiệu cho KN chưa biết. Thông thường KN được cố định tại các giếng của vi phiếm (polystyrene microtiter plate).
- Phương thức cố đinh không đặc hiệu: KN gắn trực tiếp vào bề mặt của đĩa;
- Phương thức gắn đặc hiệu (“sandwich” ELISA): KN được gắn với một kháng thể đặc hiệu cho cùng kháng nguyên cần kiểm tra
KT đặc hiệu sẽ được thêm vào, phản ứng tạo phức hợp KT-KN có thể sảy ra.
Nếu KT được gắn trực tiếp với enzyme, tín hiệu quang học do enzyme làm biến đổi cơ chất sẽ giúp phát hiện KN cần kiểm tra. Trong trường hợp sử dụng KT thứ cấp (secondary antibody) được gắn với enzyme thông qua các liên kết cộng hóa trị giữa các phân tử sinh học (bioconjugation), KN cần xác định sẽ được nhận biết qua KT thứ cấp này.
Giữa các bước của ELISA, các protein và các KT không đặc hiệu, KT không gắn với KN sẽ được lấy đi nhờ các loại dịch có tác dụng “rửa”. Sau bước “rửa” cuối cùng, chỉ còn KT liên kết với KN được giữ lại. Sau khi được thêm vào, cơ chất sẽ chịu tác dụng của enzyme liên kết với KT trong phức hợp KT-KN. Phản ứng phát quang (biến đổi cơ chất) sẽ sảy ra.
Trước đây các cơ chất tạo màu sắc được sử dụng trong ELISA nhưng ngày nay các chất phát quang được dùng rộng rãi làm tăng tính đặc hiệu và độ chính xác của ELISA.
Lịch sử phát triển
Vào năm 1960, Rosalyn Sussman Yalow và Solomon Berson Prior mô tả phương pháp miễn dịch có gắn chất phóng xạ (radioimmunoassay) dùng để xác định KN, KT 1. Trong phương pháp này, KT hay HN có gắn chất đánh dấu phóng xạ và sự hiện diện của chúng được xác định thông qua tín hiệu phóng xạ. Tuy vậy, các chất phóng xạ lại tiềm ẩn mối nguy hiểm vì vậy người ta nghĩ đến một phương pháp mới trong đó tín hiệu được phát ra không phải nhờ phóng xạ. Khi đó người ta đã biết rằng một số loại enzyme như các peroxidase phản ứng với một số cơ chất nhất định như Tetramethylbenzidine hay 3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid sẽ phát màu. Màu sinh ra từ các phản ứng này có thể được sử dụng làm tín hiệu nhận biết (tín hiệu chỉ thị).
Tuy nhiên, để tín hiệu này được sử dụng như chất phóng xạ trong radioimmunoassay, tín hiệu màu phát ra phải đồng nghĩa với sự có mặt của KT hay KN. Chính vì vậy, giải pháp được đưa ra là enzyme sẽ được gắn với KN hay KT. Kỹ thuật gắn kết enzyme với KN hay KT được phát triển bởi Stratis Avrameas và G.B. Pierce 2. Tiếp sau đó, vào năm 1966, Wide và Porath phát triển phương pháp gắn KN và KT trên bề mặt rắn (bề mặt của các vi phiếm hay các đĩa) nhờ đó mà KN hay KT không được gắn kết sẽ dễ dàng được rửa trôi 3.
Peter Perlmann và Eva Engvall (Thụy Điển) cùng với nhóm Anton Schuurs và Bauke van Weemen (Hà Lan) công bố phương pháp được đặt tên ELISA (EIA) dựa trên tất cả những bước phát triển nói trên. Phương pháp chính thức ra đời vào năm 1971 4,5.
Ứng dụng
Một số ứng dụng của ELISA:
- Xác định nồng độ của KT trong huyết thanh;
- Kiểm tra sự có mặt của KN;
- Phát hiện các yếu tố có khả năng gây dị ứng trong thực phẩm;
- Xác định sự có mặt của dược phẩm;
- Xác định hoạt tính của một hợp chất sinh học
…
Các phương pháp ELISA
Các phương pháp ELISA
1. ELISA gián tiếp (indirect ELISA)
Gồm các bước chính:
- Chuyển KN đã biết lên bề mặt cứng ( được gọi chung là các đĩa). KN sẽ được cố định trên bề mặt. Nồng độ của các mẫu kháng nguyên này dùng để thiết lập đường chuẩn cho việc tính nồng độ của kháng nguyên trong các mẫu chưa biết.
- Chuyển các mẫu KN chưa biết vào các giếng khác. KN chưa biết được hòa tan trong cùng một loại dung dịch đệm giống các mẫu KN chuẩn. Đĩa 96 giếng (microtiter) thường được dùng cho ELISA.
- Thêm dung dịch protein không tương tác (non-interacting protein) như albumin huyết thanh bê (bovine serum albumin) hay casein vào tất cả các mẫu (kể cả mẫu chuẩn). Bước này được gọi là “blockin” do protein huyết thanh có tác dụng ngăn cản sự hấp phụ của các protein khác lên bề mặt của đĩa.
- Rửa bề mặt đĩa sau đó chuyển kháng thể (biết trước) vào tất cả các giếng của đĩa. KT sẽ kết hợp với các KN đã được cố định mà không kết hợp với protein của huyết thanh.
- Thêm KT thứ cấp (secondary antibody), KT thứ cấp sẽ kết hợp với bất kỳ một KT còn dư (bước này có thể được bỏ qua nếu kháng thể dùng để phát hiện KN đã gắn với enzyme).
- Rửa đĩa, các kháng nguyên gắn enzyme còn dư sẽ được loại bỏ.
- Thêm cơ chất. Enzyme sẽ làm biến đổi cơ chất làm sản sinh tín hiệu huỳnh quang hay tín hiệu điện hóa học (enzyme có tác dụng như yếu tố khuyếch đại).
Nhược điểm cơ bản: Bước cố định KN không có tính đặc hiệu nên bất kỳ protein nào cũng gắn với bề mặt đĩa vì vậy KT (có nồng độ thấp) phải cạnh tranh với các protein khác trong huyết thanh khi gắn kết với bề mặt của điwax. Sandwich ELISA hạn chế được nhược điểm này.
2. Sandwich ELISA:
Phương pháp được sử dụng để phát hiện KN trong mẫu nghiên cứu và bao gồm các bước cơ bản sau (quy trình có thể được thay đổi trong nhiều trường hợp):
(1) Chuẩn bị bề mặt (microtiter) có gắn KT
(2) Khóa tất cả những vị trí gắn kết không đặc hiệu trên bề mặt.
(3) Phủ mẫu chứa kháng KN cần xác định
(4) Rửa đĩa, kháng KN không được gắn kết sẽ bị rửa trôi
(5) Thêm các KT đặc hiệu cho KN cần chẩn đoán
(6) Thêm KT thứ cấp đã được gắn với enzym (KT thứ cấp đặc hiệu cho KT sơ cấp ở bước 5)
(7) Rửa đĩa, phần không gắn kết sẽ bị rửa trôi.
(8) Thêm cơ chất. Enzym sẽ biến đổi cơ chất tạo màu, phát quang hay tín hiệu hóa điện.
(9) Đo cường độ ánh sáng, tín hiệu huỳng quang, tín hiệu điện hóa… qua đó xác định sự có mặt và hàm lượng KT.
Các bước trong Sandwich ELISA. (1) Phủ đĩa bằng KT (2) Thêm mẫu cần xác định KN. KN (nếu có) sẽ gắn với KT; (3) kháng thể dùng để phát hiện được thêm vào và kết hợp với KN; (4) Thêm KT thứ cấp liên kết với enzyme. KT thứ cấp sẽ gắn với KT dùng để phát hiện; (5) Thêm cơ chất. Enzym sẽ làm biến đổi cơ chất và phát tín hiệu có thể phát hiện và đo được.
3. ELISA cạnh tranh:
(1) “Ủ” KT không được đánh dấu với KN.
(2) Đưa hỗn hợp này vào các giếng của vi phiếm có chứa KN.
(3) Rửa đĩa, KT không được gắn kết sẽ bị rửa trôi. Lượng KN càng lớn, lượng KT gắn thành công với KN trong đĩa càng thấp do “cạnh tranh”.
(4) Thêm KT thứ cấp (KT của KT ở bước 1). KT thứ cấp gắn với enzym.
(5) Thêm cơ chất. Lượng enzym còn dư sẽ giải phóng tín hiệu hỳnh quang hay tín hiệu màu.
Trong phương pháp này, hàm lượng KN gốc càng cao, tín hiệu sản sinh càng yếu.
Một số trường hợp, enzym được gắn với KN chứ không phải KT.
Tài liệu tham khảo
1. Yalow R, Beón S (1960). “Immunoassay of endogenous plasma insulin in man”. Journal of Clinical Investigation 39: 1157–75.
2. Lequin R (2005). “Enzyme immunoassay (EIA)/enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA).” Clinical Chemistry 51 (12): 2415–8.
3. Wide L, Porath J. Radioimmunoassay of proteins with the use of Sephadex-coupled antibodies. Biochem Biophys Acta 1966;30:257-260
4. Engvall E, Perlman P (1971). “Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Quantitative assay of immunoglobulin G”. Immunochemistry 8 (9): 871–4.
5. Van Weemen BK, Schuurs AH (1971). “Immunoassay using antigen-enzyme conjugates.”. FEBS Letters 15 (3): 232–6
Nguồn: ĐHNL Huế
Nguồn: ĐHNL Huế
Xem thêm:
ELISA Toàn tập The ELISA Guidebook_ 2nd Edition
ELISA Lý thuyết và thực hành ELISA
.jpg)
