Imunofluorescence diagnostika autoimunitních onemocnění Peter Slanina (peter.slanina@fnusa.cz) Ústav klinické imunologie a alergologie FN u sv. Anny a Lékařská fakulta MU Serologické metody 1. Klasické serologické metody - Aglutinace (přímá / nepřímá) - Precipitace (v kapalině, v gelu) 2. Imunochemické metody s následnou detekcí - Imunofluorescence (přímá / nepřímá) - Imunoanalýza (EIA-ELISA, RIA, FIA, LIA) - Imunoblot, imunodot 3. Metody založené na efektorovém účinku protilátek (využívané v klinické mikrobiologii) - Komplement fixační reakce - Inhibiční a neutralizační testy Fluorescence • Luminiscence Jev, při kterém látka emituje záření po absorpci energie - excitačního záření (Fotoluminiscence) nebo při chemické reakci (Chemiluminiscence) Fluorescence emise záření krátce po excitaci (10-8 až 10-5 s) Fotoluminiscence Fosforescence emise záření trvá delší dobu (10-2 s až dni) Zdroj: www.chemiaasvetlo.sk/teoria/ chemiluminiscencia/ Zdroj: www.infobiologia.net/2017/01/bioluminiscencia-animales-bacterias.html Fluorescence • Látka po absorpci excitačního záření uvolňuje emisní záření o delší vlnové délce (nižší energii) – tento jev se nazývá Stokesův posun • Při návratu elektronů do základní hladiny se část energie transformuje do jiných, nefluorescenčních procesů (uvolnění tepla, rezonanční přenos energie na okolní molekuly…) Imunofluorescence (IF) využití fluorochromem značených protilátek ➢Přímá IF Slouží k detekci antigenů – vazba konjugátu přímo na antigen Využití: histologie – prokázání antigenu ve tkáni mikrobiologie – rychlá detekce patogenů v biologickém materiálu ➢Nepřímá IF Používá se k detekci protilátek v séru → vazba protilátek a konjugátu v 2 krocích: 1. Na sklíčko se substrátem se nanese vyšetřovaný materiál (sérum), pokud jsou v něm přítomné hledané protilátky, naváží se na antigenní substrát na sklíčku 2. Nanese se konjugát, který se váže na protilátku příslušné izotypové třídy (IgG/IgA) Využití: důkaz specifických protilátek, nejčastěji autoprotilátek Priama IF Nepriama IF Základní princip imunofluorescence (IF) – detekce autoprotilátek 1. Na sklíčko se substrátem (který obsahuje cílové antigeny) se aplikuje naředěné sérum pacienta (1:80 základní ředění) + vzorky pozitivní a negativní kontroly 2. Inkubace 30 min v temnu 2. Pokud je v séru přítomna autoprotilátka, naváže se na cílový antigen, který je přítomen v antigenním substrátu (řez tkáně či buněčná suspenze) 3. Promytí skel v PBS+TWEEN – 5 min 4. Aplikace konjugátu – protilátky proti pacientově autoprotilátce, je značená fluorochromem (FITC) – nejčastěji třída IgG 5. Inkubace 30 min v temnu 6. Promytí skel v PBS+TWEEN – 5 min 7. Otření hrany skla od přebytečného PBS+TWEEN, na jednotlivé pozice aplikace 1 kapky (cca 10ul) montovacího média - glycerinu 8. Usazení krycího skla, kontrola správného usazení, nutno se vyvarovat bublinám 9. Skla jsou připravena k odečtení na mikroskopu Imunofluorescence Antigenní substráty používané při nepřímé IF ➢Buňky HEp2 (Human Epithelial) – detekce ANA (anti-nukleární protilátky) - odvozené z linie HeLa (karcinom děložního čípku) - rychle se dělící buňky, v mitóze pozorovatelná chromatinová destička – důležitý znak pro odlišení jednotlivých typů ANA ➢Neutrofilní granulocyty – detekce ANCA (autoprotilátek proti cytoplazmě neutrofilů) ➢Crithidia luciliae – prvok, detekce protilátek proti dsDNA ➢Opičí jícen – detekce EMA (protilátky proti endomysiu) ➢LKS (liver, kidney, stomach) – detekce AMA (anti-mitochondriální Ab), ASMA (Ab proti hladkému svalu), GPC (gastic parietal cells), RET (Ab proti retikulinu) ... - kombinace 3 krysích tkání Konjugát • Protilátka s navázaným fluorescenčním barvivem (fluorochromem) • Najčastěji používaný fluorochrom je FITC (fluoresceinizothiokyanát) excitační/emisní vlnová délka 495/520 nm (zelené světlo) • Konjugát se specificky váže jen na imunoglobuliny určité izotypové třídy (IgG/IgA) – výběrem konjugátu stanovíme protilátky jen této třídy • Pro některé autoimunitní onemocnění má klinický význam výskyt autoprotilátek v určité izotypové třídě (např. celiakie – IgA) Fluorescenční mikroskop • Zdroj světla – rtuťová výbojka, LED dioda • Excitační filtr – propouští pouze část spektra potřebného pro excitaci fluorochromu a zabraňuje přechodu záření v oblasti emisní vlnové délky, která by vytvářela pozadí • Emisní (bariérový) filtr – propouští pouze emisní část spektra a zabraňuje průchodu excitačního záření • Binokulár/trinokulár • Jednoduché polarizované svetlo Brightfield, Darkfield, Fluorescencia Schéma fluorescenčního mikroskopu Kamera Součástí moderních fluorescenčních mikroskopů je také počítač s monitorem Text a obrázky: http://kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/mikro/mscope/fluor/fluor.htm Tepelný filtr zabraňuje nadměrnému zahřívání pozorovaného vzorku Lampováskříň Laboratorní postup při podezření na autoimunitní onemocnění • Celý proces začíná v ordinaci lékaře • Ordinuje vyšetření na autoprotilátky – na základě kliniky+anamnézy (může určit, zda vyšetření požaduje imunofluorescenčně nebo ELISOU/imunoblotem) • Do laboratoře přichází krev pacienta se žádankou • Příjem – příprava séra centrifugací srážlivé krve • Zamražení sér • V okamžiku, kdy laboratoř nasbírá dostatečný počet vzorků od pacientů pro konkrétní vyšetření → následuje zahájení vlastního vyšetření Pozn. Proč čekáme na dostatečný počet vzorků? Napravo je ukázka klasického sklíčka s připraveným substrátem od výrobce – zde na 8 vzorků. Sklo je nutné zpracovat plně obsazené, jinak by vyšetření bylo značně finančně nevýhodné. Při zpracování skla pouze s jednou využitou jamkou bychom o zbylých 7 přišli. Vlastní zpracování vzorku na IF – 2 různé přístupy Princip zpracování – viz. Slide č. 6 1. Zpracování manuálně 2. Zpracování automaticky – přístroj HELMED • V současné době se vzhledem k narůstajícímu množství vzorků a snaze eliminovat lidskou chybu upřednostňuje automatické zpracování IF • Výhody: • Eliminace lidských chyb • Redukce manuální práce • Nevýhody • Delší zpracování v porovnání s manuální metodou • Přístroj je náročnější na údržbu a zacházení • Manuální zpracování provádí zdravotní laborantka • Výhody: • Rychlejší zpracování v porovnání s automatickou metodou • Nevýhody: • Možnost vzniku lidských chyb, např. záměna vzorku, vznik artefaktů nedodržením návodu ANA protilátky anti-nuclear antibodies • Jedná se o obsáhlou skupinu autoprotilátek, které jsou zaměřeny vůči různým jaderným strukturám (např. centromera, mitotický aparát, DNA, histony..) • Výskyt u systémových autoimunitních onemocnění • Jedná o nejčastěji stanovované autoprotilátky pomocí IF → odečítá se 5-10 skel/den • Substrátem pro stanovení ANA protilátek jsou Hep-2 buňky • Podskupinou ANA jsou ENA protilátky – proti extrahovatelným nukleárním antigenům (jedná se o takové antigeny jádra buněk, které mají vyšší Mr a lze je extrahovat→ např. SSA, SSB, Jo-1, Scl-70…) • ENA protilátky – stanovují se ELISOU/ImunoBlotem ANA (Anti Nuclear Antibodies) • Výskyt při různých systémových autoimunitních onemocněních (systémový lupus erytematodes, Sjögrenův syndrom, revmatoidní artritida, ...) Fluorescenční obraz v mikroskopu může vypadat stejně nebo podobně u různých protilátek – pokud vidíme určitý obraz, nevíme ještě, o jakou autoprotilátku se jedná (na jaký antigen se váže), k jejímu bližšímu určení mohou pomoci jiné metody (ELISA, ImunoBlot) ANA protilátky – ředění vzorků • Stanovení ANA protilátek – sérum pacienta se vždy ředí v základu 1:80 První čtení - odečtení IF při ředění 1:80 Pokud je vzorek pozitivní, odečítající VŠ indikuje vyšetření opakovat druhý den s vyšším ředěním (1:160, 1:320, 1:640, 1:1280) – ředění záleží na intenzitě fluorescence daného vzorku a vyžaduje zkušenosti odečítajícího Po zpracování skel s vyšším ředěním následuje druhé čtení. Pokud je vzorek pozitivní i při ředění 1:1280 → výsledek se vydává jako „vyšší než 1280“ Hep2 buňky – negativní obraz ANA – typ homogenní diagnóza: SLE, léky indukovaný lupus, juvenilní idiopatická artritida ( antigeny: dsDNA, chromatin, nukleosomy, histony) ANA – homogenní typ fluorescence • U homogenního typu fluorescence svítí celé jádro Hep-2 buněk • Nelze rozlišit, zda jsou přítomné autoprotilátky namířeny vůči dsDNA nebo proteinům asociovaným s DNA (histony apod.) • Proto si laboratoř může v některých případech sama doordinovat další vyšetření → znovu provede IF takto pozitivních vzorků, ale s jiným substrátem – prvok Crithidia luciliae • Pokud v prvokovi svítí pouze kinetoplast a jádro → jedná se o autoprotilátky proti dsDNA → typické pro SLE (systémový lupus erythematodus) 1. ANA protilátky – homogenní typ fluorescence 2. Sérum pacienta aplikováno na substrát Crithidium luciliae 3. Pokud je pozitivní kinetoplast a jádro → jedná se o protilátky proti dsDNA Prvok Crithidia luciliae – antigen je dsDNA ANA – typ zrnitý (antigeny: ribonukleoproteiny ENA – Sm, SSA, SSB, U1-RNP) diagnóza: smíšené onemocnění pojiva, Sjogrenův sy. ANA – typ centromerický diagnózy: CREST syndrom, systémová sklerodermie ANA typ granulární PCNA proliferating cell nuclear antigen • Klinická asociace: SLE – 3% • Dělící se buňky v S fázi pozitivní • Klidové buňky v G0 fázi negativní ANA četné jaderné tečky • Antigeny: protein Sp100, Gp210 • Klinická asociace: primární biliární cirhóza • Pacienti s tímto onemocněním negativní na AMA → svědčí pro horší prognózu onemocnění ANA ojedinělé jaderné tečky • Antigen: coilin p-80 • Klinická asociace: autoimunitní a virová onemocnění jater ANA – typ nukleolární (jadérkový) diagnóza: systémová sklerodermie V cytoplazmě HEp2 buněk je možné pozorovat i další typy fluorescence – např. mitochondriální – AMA (antimitochondrial antibodies) – výskyt u onemocnění primární biliární cirhóza Ale hlavním substrátem pro diagnostiku primární biliární cirhózy je LKS (liver, kidney, stomach)! Zdroj: www.mayoclinic.org/diseases- conditions/primary-biliary-cholangitis-pbc Hep-2 buňky - kromě fluorescence v jádře lze sledovat i fluorescenci v cytoplazmě Nejaderné obrazy IF • Obraz tyčinek a kroužků „rods and rings“ • „Lochmanovi červi“ • Asociace: u pacientů po terapii interferonem a ribavirinem při hepatitidě C • Antigen: neznámý Substrát LKS • Kombinace 3 krysích tkání - játra (Liver) - ledviny (Kidney) - žaludek (Stomach) • Pozorujeme protilátky: - AMA (antimitochondriální) – primární biliární cirhóza - ASMA (proti hladkému svalu) – autoimunitní hepatitidy - GPC (proti parietálním buňkám žaludku) – prim. perniciózní anémie - RET (proti retikulinu) – celiakie (kontrola dodržování diety), mohou být pozitivní i u Crohnovy choroby AMA (antimitochondriální Ab) – krysí žaludek, ledviny, játra Mitochondrie jsou organely obsažené v buňkách všech tkání – proto při přítomnosti AMA protilátek bude viditelná pozitivita ve všech třech typech tkáně. ASMA (proti hladkému svalu) – krysí žaludek Při pozitivitě ASMA svítí pouze struktury obsahující hladkou svalovinu, např. • Cévy • Stěna žaludku RET (proti retikulinu) – krysí žaludek, ledviny, játra Retikulin je mezibuněčnou složkou mezenchymální tkáně se značným množstvím antigenních determinant, protilátky jsou většinou ve třídě IgG, eventuelně IgA. GPC = anti-Gastric Parietal Cell antibodies Protilátky proti parietálním buňkám žaludku • Výskyt u perniciózní anemie • Přítomnost protilátek proti parietálním buňkám žaludku (mohou se tvořit i autoprotilátky proti vnitřnímu faktoru, který parietální buňky produkují a který je nezbytný pro transport vitaminu B12 přes střevní sliznici, popř autoprotilátky, které blokují komplex vnitřní faktor+vitamin B12) • Důsledek: • Nedostatek vitaminu B12 (=kobalamin), který je nutný pro syntézu DNA • Rozvíjí se megaloblastová anemie (viz. učebnice hematologie) • Klinické příznaky • Typické postižení jazyka – „Vyhlazený“ jazyk • Subikterus • Symetrické parestezie končetin • Nechutenství, průjmy • Perniciózní anemie bývá spojena s atrofickou gastritidou, častějším vývojem rakoviny žaludku a taktéž kolorektálního karcinomu • Léčba – suplementace chybějících vitaminů – B12+kyselina listová Substrát – krysí žaludek ANCA (protilátky proti cytoplazmě neutrofilů) • Skupina protilátek proti některým vnitřním cytoplazmatickým strukturám neutrofilů (myeloperoxidáza, proteináza 3, elastáza, laktoferin…) • Vyskytují se obecně u autoimunitních vaskulitid • Existuje několik typů pozitivity ANCA imunofluorescence (IF): • pANCA – perinukleární IF → antigenem je myeloperoxidáza (MPO) – progresivní sklerotizující cholangitida, polyarteritidy • cANCA – cytoplazmatická IF → antigenem je proteináza 3 (PR3) – Wegenerova granulomatóza! • aANCA – atypická IF – různé antigeny (elastáza, lysozym…) - má vazbu na ulcerózní kolitidu • Substrát pro IF: ethanolem fixované neutrofilní granulocyty • Kromě IF se pANCA a cANCA stanovují také ELISOU! ANCA (protilátky proti cytoplazmě neutrofilů) pANCA – perinukleární – antigenem je MPO (myeloperoxidáza) Atypická ANCA – různe antigeny (elastáza, lysozym, katepsin) cANCA – cytoplazmatická – antigenem je PR3 (proteináza 3) – typická pro Wegenerovu granulomatózu s polyangitidou pozitivní = vážná diagnóza = okamžite hlásit EMA (protilátky proti endomysiu) • Na řezu opičího jícnu • Ag je TTG (tkáňová transglutamináza) (též lze stanovit ELISOU) • Výskyt u celiakie (hlavně IgA) Diagnostika celiakie Negativní obraz Pozitivní obraz 1) Stanovení celkového IgA 2) Nepřímá imunofluorescence – EMA – protilátky proti endomysiu → jedná se o nespecifické vyšetření – odhalí autoprotilátky proti určité tkáňové struktuře – zde endomysium 3) Zda se jedná konkrétně o protilátky proti tkáňové transglutamináze – anti-TTG (třída IgA, popř. IgG u nemocných s IgA deficitem) – ELISA Imunologická laboratoř provádí pouze screening celiakie 4) Definitivní potvrzení celiakie: gastroenterolog • Enterobiopsie – odběr vzorků tkáně tenkého střeva na histologii → • Histologie - atrofie klků tenkého střeva • Histochemie - deficit enzymů kartáčového lemu enterocytů • Změny na sliznici pouze u aktivní a tiché formy celiakie • Latentní forma celiakie má pozitivní sérologii avšak normální architekturu sliznice! Zvláštní postavení – ASCA protilátky • Nejedná se o autoprotilátky (nejsou namířeny proti strukturám tělu vlastním) • Jedná o protilátky proti kvasince Saccharomyces cerevisiae • Stanovení ASCA slouží k diferenciální diagnostice nespecifických střevních zánětů • Crohnova choroba – ASCA pozitivní až v 81% případů (+ pANCA pouze 18%) • Ulcerózní kolitida – ASCA pozitivní jen v 22% případů (+ pANCA až 70%) • ASCA protilátky se stanovují ELISOU, ne imunofluorescencí! Imunofluorescence • Zlatý standard • Na prvním místě– každá imunologická laboratoř by měla poskytovat stanovení autoprotilátek IF metodou • Kombinace s ELISA + ImunoBlot • Interpretace výsledků: - záleží na typu IF - pozitivní/negativní nebo titr Ab - Pozor – hladiny autoprotilátek narůstají s věkem (zvýšené hladiny tedy nemusejí nutně znamenat autoimunitní onemocnění) - Avšak u dětí jsou zvýšené hladiny patologické vždy Protokol imunofluorescence • 2 obrázky imunofluorescencí – popsat: • O jaký substrát se jedná, jaké skupiny autoprotilátek na něm lze stanovit • Jaká struktura na preparátu svítí • O jakou autoprotilátku by se mohlo jednat • U jakého (jakých) onemocnění ji nacházíme • Vybrat nejčastější onemocnění, se kterým je daná autoprotilátka asociována a stručně popsat • Klinika • Jaké další laboratorní vyšetření byste u pacienta s tímto onemocněním provedli (není nutné se vázat jen na imunologická vyšetření) Společné otázky všem skupinám • Pokud je imunofluorescence pozitivní, stačí pro uzavření diagnózy pouze toto vyšetření? • Pokud ne, jaká další vyšetření by byla potřeba? Bere se ohled na klinické příznaky? • Hraje roli u stanovení autoprotilátek věk? Pokud ano jak? Skupina 1 a 5 Obrázek A1 Obrázek A2: kombinace 3 tkání (jakých?), pozitivitu vidíme ve všech třech Skupina 2 a 6 Obrázek A2 Obrázek 2B Skupina 3 a 7 Obrázek 3A Obrázek 3B: opičí jícen Skupina 4 a 8 Obrázek 4A Obrázek 4B Stěna arterie a vény Stěna žaludku