Entwicklung und Validierung eines IgM-Immunkomplex-ELISA Systems

Abstract

Tropische Infektionskrankheiten sind nicht mehr nur auf die Tropen beschränkt. Durch die zunehmende Globalisierung werden Viren über die Kontinentalgrenzen hinweg getragen und neue serologische Testsysteme zur Erkennung von Virusinfektionen werden dringend benötigt. Durch die Epidemie des bis dato weitestgehend nur Spezialisten bekannten Zika Virus 2015 in Lateinamerika und den Ebola-Virus-Ausbruch 2014 in mehreren Ländern Westafrikas ist die Thematik aktueller denn je. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neuartige Technologie zum Nachweis von IgM-Antikörpern im humanem Serum entwickelt und zum Patent angemeldet. Der IgM-ELISA beruht auf dem Immunkomplex (IC)-ELISA-Prinzip, hierbei werden Immunkomplexe, bestehend aus rekombinantem Virusantigen und pathogen-spezifischen Antikörpern durch die Immunglobulin-ähnliche Domäne (Ig-Domäne) von Fc-Rezeptoren gebunden. Im Verlauf dieser Promotionsarbeit wurde die Ig-Domäne des IgM-bindenden Fcµ-Rezeptors (TOSO, FAIM3) kloniert, im prokaryotischen Expressionssystem exprimiert und in größeren Mengen (mg) reproduzierbar gereinigt. Im Zuge der Charakterisierung der Bindungseigenschaften der Ig-Domäne des FcµR stellte sich die besondere Eignung als Capture-Molekül für den IgM-IC-ELISA durch die Bindung von IgM-Ak in Immunkomplexform heraus. Die parallel dazu verlaufende Reinigung von flaviviralen und bunyaviralen rekombinanten Antigenen machte es möglich, den neuartigen IgM-IC-ELISA zu etablieren. Unter Einhaltungen der international vorgegeben Richtlinien zur Herstellung von in vitro-Diagnostika (ISO 13485) wurden IgM-IC-ELISA zur Detektion von akuten Flavivirus (West-Nil-Virus, Zika-Virus (ZIKV))- und Krim-Kongo-Hämorrhagisches-Fieber-Virus (CCHFV)-Infektionen entwickelt. Bei der Etablierung der flaviviralen IgM-IC-ELISA erwies sich das rekombinante Nicht-Strukturprotein 1 gegenüber den rekombinanten E- und ED3-Proteinen als das am besten geeignete Antigen. Das in dieser Studie entwickelte ZIKV-IgM-IC-ELISA Testsystem wurde in Brasilien mit Patientenproben des Virusausbruches von 2015 getestet und die Fähigkeit eines funktionierenden ELISA Testsystems (Sensitivität 100 %, Spezifität 99 %) nachgewiesen. Die Validierung des CCHFV-IgM-IC-ELISA mit aktuellen Serumproben aus dem Kosovo zeigte sowohl eine hohe Sensitivität (100 %) und Spezifität (98 %), als auch eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des IgM-IC-ELISA. Bei dem Vergleich mit kommerziellen Diagnostika konnten im Besonderen bei der ZIKV-Diagnostik verbesserte Ergebnisse erzielt werden. Bei der Analyse der brasilianischen Patientenproben wurde mit dem ZIKV-IgM-IC-ELISA eine höhere Sensitivität innerhalb der Vergleichsstudie nachgewiesen. Die Bindung der IgM-Immunkomplexe durch die Ig-Domäne des FcµR konnte zusätz-lich zum ELISA-Format zu einem ersten qualitativen Schnelltest zur Detektion von Virusinfektionen weiterentwickelt werden.