Immunoassays

Immunoassays sind plattenbasierte Verfahren, die viele Arten von Molekülen durch Antikörper-Antigen-Reaktionen nachweisen und quantifizieren können. Ein Immunoassay umfasst typischerweise einen Analyten, einen zielgerichteten Antikörper und eine Markierung. Die Klassifizierung von Immunoassays basiert auf dem verwendeten Markertyp, der Enzyme (ELISA), lichtemittierende Moleküle/Tracer (z.B. Chemilumineszenz- und Fluoreszenz-Immunoassays) und radioaktive Isotope (Radioimmunoassays) umfasst. Diese spezialisierten Immunoassays sind relativ sensitiv, spezifisch, kostengünstig und schnell und werden deshalb häufig im klinischen Umfeld verwendet. Immunoassays werden bei der Diagnose von Infektionskrankheiten, der Identifizierung von Tumormarkern, Allergietests und der Überwachung von Medikamentenspiegeln verwendet.

Aktualisiert: 10.07.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Überblick

Definition

Immunoassays sind plattenbasierte Assaytechniken zum Nachweis und zur Quantifizierung von Peptiden, Proteinen, Antikörpern und Hormonen. Das wichtigste Element der Nachweisstrategie ist eine hochspezifische Antikörper-Antigen-Reaktion.

Komponenten

  • Analyt: das gesuchte Molekül (Antigen)
  • Antikörper: Sorgfältig ausgewählt für den spezifischen Analyten
  • Markierung:
    • Moleküle, die die Fähigkeit haben, an den Antikörper-Antigen-Komplex zu binden
    • Ermöglichung der Erkennung und Quantifizierung

Arten von Immunoassays

Die Art der Markierung definiert den durchgeführten Immunoassay:

  • Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme: ELISA
  • Spezialisierte Moleküle/Tracer (zusammen mit Enzymen), die die Eigenschaft der Lichtemission haben:
    • Chemolumineszenz
    • Fluoreszenz-Immunoassay (FIA)
  • Radioaktive Isotope: Radioimmunoassay

Verfahren

Allgemeiner Ablauf

  • Eine Probe/ein Analyt wird auf eine Platte gegeben.
  • Ein Antikörper und eine Markierung werden hinzugefügt.
  • Es bildet sich ein Antikörper-Antigen-Komplex.
  • In einigen Assays wird ein Waschschritt durchgeführt, um ungebundene Antigene/Antikörper zu entfernen.
  • Es wird ein Substrat hinzugefügt, das mit der Markierung reagiert und eine sichtbare Reaktion bewirkt:
    • Farbumschlag (ELISA)
    • Lumineszenz (Chemilumineszenz)
    • Fluoreszenz (FIA)
    • Strahlungsemission (Radioimmunoassay)
  • Veränderungen/Signale werden detektiert, um die Anwesenheit/Menge von Antigen in einer Probe zu bestimmen. Geeignete Messverfahren hierfür sind:
    • Spektrometrie (Farbwechsel)
    • Luminometrie (Lichtemission)
    • Gammazähler (Strahlung)

Varianten des ELISA

Es gibt 4 Haupttypen von ELISA, die Variationen des allgemeinen Immunoassay-Verfahrens sind:

  • Direkter ELISA:
    • Die Platte wird mit einem Antigen bestückt.
    • Inkubation mit einem spezifischen, markierten Antikörper
  • Indirekter ELISA:
    • Die Platte ist mit einem Antigen bestückt.
    • Inkubation mit einem primären, unmarkierten Antikörper (spezifisch für das Antigen)
    • Erneute Inkubation mit einem sekundären, markierten Antikörper (spezifisch für den primären Antikörper)
  • Sandwich-ELISA (Analyt wird zwischen 2 Antikörperschichten „gesandwiched“):
    • Es wird eine antikörperbeschichtete Platte verwendet.
    • Das Analytantigen wird auf die Platte gegeben und inkubiert.
    • Erneute Inkubation mit einem markierten Antikörper
  • Kompetitiver ELISA:
    • Es wird eine antikörperbeschichtete Platte verwendet (wenn auf einen spezifischen Antikörper getestet wird, verwendet man eine antigenbeschichtete Platte).
    • Zielantigen (oder Antikörper) der Probe wird zugegeben.
    • Markiertes Zielantigen (oder Antikörper) wird zugegeben und dann gewaschen.
    • Hinweis: Im Gegensatz zu anderen ELISA-Methoden weist weniger Farbe/Fehlen von Farbe auf ein positives Ergebnis hin.

Anwendung

Immunoassays haben ein breites Spektrum klinischer Anwendungen. Die unten aufgeführten Beispiele sind nicht allumfassend.

Infektionskrankheiten

Immunoassays können verwendet werden, um Mikroorganismen direkt zu identifizieren (basierend auf Antigenen oder Toxinen) oder indirekt auf Antikörper gegen das infektiöse Agens zu untersuchen. Einige Beispiele sind:

Krebserkennung und -überwachung

Immunassays können verwendet werden, um Tumormarker nachzuweisen. Beispiele sind:

  • PSA
  • Cancer-Antigen 125
  • Alpha-Fetoprotein (AFP)
  • Karzinoembryonales Antigen (CEA)

Allergietest

Immunoassays können zum Nachweis von IgE-Antikörpern gegen spezifische Allergene verwendet werden:

  • Positives Ergebnis:
    • Zeigt eine Sensibilisierung gegen dieses Allergen an
    • Gibt nicht unbedingt an, ob diese Person bei Exposition gegenüber diesem Antigen eine klinische Reaktion zeigt
  • Negatives Ergebnis:
    • Schlägt keine Allergie gegen das Antigen vor
    • Schließt eine Allergie gegen das Antigen nicht vollständig aus (insbesondere, wenn eine auffällige klinische Vorgeschichte vorliegt)

Medikamente

Das therapeutische Drug Monitoring ist eine wichtige Anwendung von Immunoassays. Beispiele sind die Überwachung der Medikamentenspiegel von:

Andere diagnostische Verwendungen

Zusätzliche Labortests, bei denen Immunoassays verwendet werden können:

Vorteile und Fehler

Vorteile

Die Vorteile hängen von der Art des verwendeten Immunoassays ab, sind im Allgemeinen jedoch:

  • Preiswert
  • Sensitiv
  • Spezifisch
  • Relativ schnell und einfach

Fehlerquellen

  • Kreuzreaktivität (Reagenzantikörper binden an Moleküle, die dem Analyten ähnlich sind → falsch positive/falsch erhöhte Ergebnisse)
  • Autoantikörper (endogene Antikörper, statt Reagenzantikörper) binden an den Analyten → falsch negative/falsch niedrige Ergebnisse)
  • Antireagenz-Antikörper (endogene Antikörper binden an Reagens-Antikörper → falsch positive/falsch erhöhte Ergebnisse)

Quellen

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Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

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Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

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Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

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Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

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Frank Eilers ist Keynote Speaker zu den Zukunftsthemen Digitale Transformation, Künstliche Intelligenz und die Zukunft der Arbeit. Er betreibt seit mehreren Jahren den Podcast „Arbeitsphilosophen“ und übersetzt komplexe Zukunftsthemen für ein breites Publikum. Als ehemaliger Stand-up Comedian bringt Eilers eine ordentliche Portion Humor und Lockerheit mit. 2017 wurde er für seine Arbeit mit dem Coaching Award ausgezeichnet.

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Alexander Plath ist seit über 30 Jahren im Verkauf und Vertrieb aktiv und hat in dieser Zeit alle Stationen vom Verkäufer bis zum Direktor Vertrieb Ausland und Mediensprecher eines multinationalen Unternehmens durchlaufen. Seit mehr als 20 Jahren coacht er Führungskräfte und Verkäufer*innen und ist ein gefragter Trainer und Referent im In- und Ausland, der vor allem mit hoher Praxisnähe, Humor und Begeisterung überzeugt.

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