مصفوفة الأجسام المضادة

مصفوفة الأجسام المضادة (المعروفة أيضًا باسم مصفوفة الأجسام المضادة ) هي شكلٌ مُحدد من مصفوفات البروتينات . في هذه التقنية، تُوضع مجموعة من الأجسام المضادة المُلتقطة وتُثبّت على سطح صلب مثل الزجاج أو البلاستيك أو الغشاء أو شريحة السيليكون ، ثم يُكشف عن التفاعل بين الجسم المضاد ومستضده المستهدف . تُستخدم مصفوفات الأجسام المضادة غالبًا للكشف عن التعبير البروتيني في مختلف السوائل الحيوية ، بما في ذلك المصل والبلازما ومستخلصات الخلايا أو الأنسجة . يمكن استخدام مصفوفات الأجسام المضادة في كلٍ من البحوث الأساسية والتطبيقات الطبية والتشخيصية. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

طُرح مفهوم ومنهجية المصفوفات الدقيقة للأجسام المضادة لأول مرة من قِبل تسيه وين تشانغ عام 1983 في منشور علمي ^{[ 5 ]} وسلسلة من براءات الاختراع ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]،} وذلك أثناء عمله في شركة سينتوكور في مالفيرن، بنسلفانيا . وقد صاغ تشانغ مصطلح "مصفوفة الأجسام المضادة" وناقش ترتيب "المصفوفة" لبقع دقيقة من الأجسام المضادة على أسطح زجاجية أو بلاستيكية صغيرة. وأثبت أنه يمكن وضع شبكة من بقع الأجسام المضادة بأبعاد 10×10 (100 بقعة إجمالاً) و20×20 (400 بقعة إجمالاً) على  سطح مساحته 1×1 سم. كما قدّر أنه إذا طُلي الجسم المضاد بتركيز 10 ميكروغرام/مل، وهو التركيز الأمثل لمعظم الأجسام المضادة، فإن 1  ملغ من الجسم المضاد يمكن أن يُنتج 2,000,000 نقطة  بقطر 0.25 مم. ركز اختراع تشانغ على استخدام المصفوفات الدقيقة للأجسام المضادة للكشف عن الخلايا الحاملة لمستضدات سطحية معينة، مثل مستضدات CD ومستضدات HLA ، والمستضدات الجسيمية، كالفيروسات والبكتيريا، والمستضدات الذائبة، وتحديد كميتها. ويُفترض أن يكون مبدأ "تطبيق عينة واحدة، قياسات متعددة"، وتكوين الفحص، وآلية وضع النقاط الماصة، الموصوفة في الورقة البحثية وبراءات الاختراع، قابلة للتطبيق عمومًا على أنواع مختلفة من المصفوفات الدقيقة . عندما أسس تسيه وين تشانغ ونانسي تي تشانغ شركة تانوكس في هيوستن، تكساس عام ١٩٨٦، اشتروا حقوق براءات اختراع مصفوفة الأجسام المضادة من شركة سينتوكور كجزء من القاعدة التكنولوجية لبناء شركتهم الناشئة. كان أول منتج لهم قيد التطوير عبارة عن فحص يسمى "قياس التدفق الخلوي المناعي"، ^{[ 9 ]} والذي يمكن استخدامه لمراقبة الحالة المناعية، أي تركيزات ونسب الخلايا التائية CD3 ⁺ و CD4 ⁺ و CD8 ⁺ في دم الأفراد المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية.

قام روجر إيكنز وزملاؤه بتطوير الأساس النظري لتحليلات ارتباط الليجاند القائمة على مصفوفات البروتين الدقيقة في أواخر ثمانينيات القرن الماضي. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} ووفقًا لهذا النموذج، فإن مصفوفات الأجسام المضادة الدقيقة لا تسمح فقط بالفحص المتزامن لمجموعة من التحليلات ، بل إنها أيضًا أكثر حساسية وسرعة من طرق الفحص التقليدية. ولم يظهر الاهتمام بفحص مجموعات البروتينات الكبيرة إلا نتيجةً للإنجازات التي تحققت في علم الجينوم بفضل مصفوفات الحمض النووي الدقيقة ومشروع الجينوم البشري .

سعت المناهج الأولى للمصفوفات إلى تصغير التحليلات البيوكيميائية والمناعية التي تُجرى عادةً في صفائح ميكروية ذات 96 بئرًا. ورغم قدرة مصفوفات الأجسام المضادة القائمة على صفائح 96 بئرًا على معالجة كميات كبيرة من العينات، إلا أن صغر مساحة السطح في كل بئر يحد من عدد بقع الأجسام المضادة، وبالتالي عدد المواد المراد تحليلها. لاحقًا، استُخدمت دعامات صلبة أخرى، مثل الشرائح الزجاجية وأغشية النيتروسليلوز، لتطوير مصفوفات قادرة على استيعاب مجموعات أكبر من الأجسام المضادة. ^{[ 13 ]} تتميز المصفوفات القائمة على أغشية النيتروسليلوز بالمرونة وسهولة الاستخدام، بالإضافة إلى قدرتها العالية على ربط البروتينات، إلا أنها أقل ملاءمة للمعالجة عالية الإنتاجية أو الآلية. تسمح الشرائح الزجاجية المُعالجة كيميائيًا بطباعة بقع الأجسام المضادة بحجم أقل من ميكرولتر، مما يقلل من مساحة سطح المصفوفة دون التأثير على كثافة البقع. وهذا بدوره يقلل من حجم العينة المستهلكة. كما يمكن تركيب المصفوفات القائمة على الشرائح الزجاجية بسهولة في أنظمة معالجة السوائل عالية الإنتاجية، نظرًا لبنيتها الملساء والصلبة.

تستخدم معظم أنظمة مصفوفات الأجسام المضادة إحدى طريقتين غير تنافسيتين للكشف المناعي: الكشف باستخدام جسم مضاد واحد (الكشف القائم على الوسم) والكشف باستخدام جسمين مضادين (الكشف القائم على تقنية الساندويتش). تتميز الطريقة الأخيرة، التي يتطلب فيها الكشف عن المادة المراد تحليلها ارتباط جسمين مضادين مختلفين (جسم مضاد لالتقاط المادة المراد تحليلها وجسم مضاد للكشف عنها، يرتبط كل منهما بموقع محدد فريد)، بدقة أعلى وإشارة خلفية أقل مقارنةً بالكشف المناعي القائم على الوسم (حيث يُستخدم جسم مضاد واحد فقط لالتقاط المادة المراد تحليلها، ويتم الكشف عن طريق وسم جميع البروتينات في العينة الأولية كيميائيًا). عادةً ما تحقق مصفوفات الأجسام المضادة القائمة على تقنية الساندويتش أعلى دقة وحساسية (بمستويات تتراوح بين نانوغرام وبيكوغرام) مقارنةً بأي شكل آخر من أشكال المصفوفات؛ كما أن قابليتها للتكرار تُمكّن من إجراء تحليل كمي. ^{[ 14 ] [ 15 ]} ونظرًا لصعوبة تطوير أزواج متطابقة من الأجسام المضادة تتوافق مع جميع الأجسام المضادة الأخرى في اللوحة، غالبًا ما تستخدم المصفوفات الصغيرة تقنية الساندويتش. في المقابل، يسهل تطوير المصفوفات عالية الكثافة بتكلفة أقل باستخدام أسلوب الوسم بالأجسام المضادة المفردة. في هذه المنهجية، تُستخدم مجموعة واحدة من الأجسام المضادة النوعية، ويتم وسم جميع البروتينات في العينة مباشرةً باستخدام أصباغ فلورية أو هابتينات.

شملت الاستخدامات الأولية لأنظمة المصفوفات القائمة على الأجسام المضادة الكشف عن الغلوبولينات المناعية IgG وفئاتها الفرعية المحددة، ^{[ 16 ] [ 17 ]} وتحليل المستضدات، ^{[ 18 ]} وفحص الأجسام المضادة المؤتلفة ، ^{[ 19 ] [ 20 ]} ودراسة كينازات البروتين في الخميرة، ^{[ 21 ]} وتحليل الأجسام المضادة الذاتية، ^{[ 22 ]} ودراسة تفاعلات البروتين-بروتين. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} وكان أول نهج للكشف المتزامن عن العديد من السيتوكينات من عينات فسيولوجية باستخدام تقنية مصفوفات الأجسام المضادة من قِبل رو-بان هوانغ وزملاؤه في عام 2001. ^{[ 26 ]} استخدم نهجهم أغشية Hybond ECL للكشف عن مجموعة صغيرة من 24 سيتوكينًا من أوساط زراعة الخلايا المشروطة ومصل المرضى، وتمكنوا من تحديد نمط التعبير عن السيتوكينات عند المستويات الفسيولوجية. استغل هوانغ هذه التقنية وبدأ مشروعًا تجاريًا جديدًا، وهو شركة RayBiotech، التي كانت أول شركة تنجح في تسويق مصفوفة الأجسام المضادة المستوية.

خلال السنوات العشر الماضية، تحسّنت حساسية هذه الطريقة بفضل تحسين كيمياء السطح، بالإضافة إلى بروتوكولات مُخصصة لوسمها الكيميائي. ^{[ 27 ]} حاليًا، تُضاهي حساسية مصفوفات الأجسام المضادة حساسية اختبار ELISA ^{[ 28 ] [ 29 ]} ، وتُستخدم مصفوفات الأجسام المضادة بانتظام في تجارب التنميط على عينات الأنسجة، وعينات البلازما أو المصل، وأنواع أخرى كثيرة من العينات. أحد المحاور الرئيسية في دراسات التنميط القائمة على مصفوفات الأجسام المضادة هو اكتشاف المؤشرات الحيوية ، وتحديدًا للسرطان. ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} في مجال أبحاث السرطان، تم الإبلاغ في عام 2010 عن تطوير وتطبيق مصفوفة أجسام مضادة تضم 810 أجسام مضادة مختلفة مرتبطة بالسرطان. ^{[ 35 ]} وفي العام نفسه، استُخدمت مصفوفة أجسام مضادة تضم 507 من السيتوكينات، والكيموكينات، والأديبوكينات، وعوامل النمو، وعوامل تكوين الأوعية الدموية، والبروتيازات، والمستقبلات الذائبة، وجزيئات الالتصاق الذائبة، وبروتينات أخرى، لفحص مصل مرضى سرطان المبيض والأفراد الأصحاء، ووُجد اختلاف كبير في التعبير البروتيني بين العينات الطبيعية وعينات السرطان. ^{[ 36 ]} ومؤخرًا، ساعدت مصفوفات الأجسام المضادة في تحديد بروتينات مصل محددة مرتبطة بالحساسية، والتي ترتبط مستوياتها بالورم الدبقي، ويمكنها تقليل خطر الإصابة به قبل سنوات من التشخيص. ^{[ 37 ]} كما أثبت تحليل البروتينات باستخدام مصفوفات الأجسام المضادة نجاحه في مجالات أخرى غير أبحاث السرطان، وتحديدًا في الأمراض العصبية مثل مرض الزهايمر. سعت العديد من الدراسات إلى تحديد مجموعات من المؤشرات الحيوية التي يمكنها التمييز بين مرضى الزهايمر، وقد استخدم الكثير منها مصفوفات الأجسام المضادة في هذه العملية. قام جاغر وزملاؤه بقياس ما يقرب من 600 بروتين دوراني لاكتشاف المسارات والشبكات البيولوجية المتأثرة بمرض الزهايمر، واستكشفوا العلاقات الإيجابية والسلبية بين مستويات تلك البروتينات والشبكات الفردية والأداء المعرفي لمرضى الزهايمر. ^{[ 38 ]} حاليًا، تُعد أكبر مصفوفة أجسام مضادة متاحة تجاريًا تعتمد على تقنية الساندويتش قادرة على الكشف عن 1000 بروتين مختلف. ^{[ 39 ]} بالإضافة إلى ذلك، تتوفر خدمات تحليل البروتينات باستخدام مصفوفات الأجسام المضادة، والتي تُحلل وفرة البروتينات وحالة فسفرة أو يوبيكويتين 1030 بروتينًا بالتوازي. ^{[ 40 ]}

تُستخدم مصفوفات الأجسام المضادة غالبًا للكشف عن التعبير البروتيني في أنواع عديدة من العينات، بما في ذلك العينات المُحضّرة بطرق مختلفة. وقد أوضح جيانغ وزملاؤه بوضوح العلاقة بين التعبير البروتيني في مصفوفة الأجسام المضادة في نوعين مختلفين من تحضيرات الدم: المصل وبقع الدم المجففة. ^{[ 41 ]} وتم تحليل هذه التحضيرات المختلفة لعينات الدم باستخدام ثلاث منصات لمصفوفات الأجسام المضادة: القائمة على تقنية الساندويتش، والكمية، والقائمة على الوسم، ووُجد ارتباط قوي في التعبير البروتيني، مما يشير إلى إمكانية استخدام بقع الدم المجففة، التي تُعد وسيلة أكثر ملاءمة وأمانًا وأقل تكلفة للحصول على الدم، خاصة في مراكز الرعاية الصحية العامة غير التابعة للمستشفيات، بفعالية مع تحليل مصفوفات الأجسام المضادة لاكتشاف المؤشرات الحيوية، وتحديد خصائص البروتينات، وفحص الأمراض وتشخيصها وعلاجها.

استقطب استخدام مصفوفات الأجسام المضادة في مختلف مجالات التشخيص الطبي اهتمام الباحثين. ويُعدّ التحليل الحيوي الرقمي مثالًا على هذه المجالات البحثية. في هذه التقنية، تُزرع مصفوفة من الآبار الدقيقة على شريحة زجاجية/بوليمرية بخرزات مغناطيسية (مُغطاة بأجسام مضادة موسومة بصبغات فلورية)، ثم تُعرَّض لمستضدات مُستهدفة، وتُفحص بعد ذلك بواسطة المجهر من خلال عدّ الآبار المُتألقة. وقد تمّ مؤخرًا إثبات فعالية منصة تصنيع منخفضة التكلفة (باستخدام بوليمرات OSTE ) لمثل هذه المصفوفات الدقيقة، كما تمّ توصيف نظام نموذج التحليل الحيوي بنجاح. ^{[ 42 ]} علاوة على ذلك، أظهرت التحليلات المناعية على هياكل دقيقة من "ورق صناعي" من نوع ثيول-إين توليد إشارة فلورية فائقة. ^{[ 43 ]}

• اختبار الإليزا
• مصفوفة البروتين
• مصفوفة الحمض النووي الدقيقة
• مصفوفة الأنسجة
• مصفوفة المركبات الكيميائية
• الطباعة الدقيقة وتشكيل طاقة السطح