Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
W. Stöcker und W. Schlumberger

Mikropartikel-Array

Mikropartikel-Array
Synonym(e)
Bead-Array; Partikel-Array; Suspensionsarray
Englischer Begriff
micro-particle array
Definition
Population kleinster Partikel von etwa 1–200 μm Durchmesser bzw. Kantenlänge, die mit unterschiedlichen Testsubstanzen beschichtet sind. Über eine Kodierung kann jedem Partikel die Identität der auf ihm immobilisierten Testsubstanz zugeordnet werden.
Physikalisch-chemisches Prinzip
Mikropartikel, die mit unterschiedlichen Testsubstanzen beschichtet sind, werden gemischt und mit der zu untersuchenden Probe inkubiert. Nach stringenten Waschschritten erfolgt der Nachweis der spezifisch gebundenen Analyte durch Messung der von den Partikeln emittierten Fluoreszenz. Dazu wurde die Probe entweder vor der Inkubation mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert (z. B. bei Nukleinsäurenachweisen durch Einbau fluoreszenzmarkierter Nukleotide in die Nukleinsäure) oder die Bindung an die Partikel wird über einen sekundären, fluoreszenzmarkierten Antikörper nach dem Prinzip eines Immunoassays (s. Immunoassay) nachgewiesen (insbesondere für den Nachweis von Antikörpern). Das Auslesen der Mikropartikel-Arrays erfolgt bei planarer Anordnung der Partikel mit hochauflösenden Fluoreszenzscannern und bei Suspensionsarrays nach dem Prinzip der Durchflusszytometrie. Dabei erlaubt die Kodierung der Mikropartikel die Bestimmung der Identität des Analyten, seine Konzentration errechnet sich aus der Intensität des Fluoreszenzsignals.
Die Mikropartikel bestehen aus porösen oder nicht porösen Materialien wie beispielsweise Agarose und Zellulose oder Glas und Kunststoff. Je nach System haben sie die Form von Kugeln, Stäbchen oder Scheiben. Häufig ermöglicht eine chemische Oberflächenaktivierung, beispielsweise mit Carboxyl- oder Aminogruppen, die stabile Anbindung der Testsubstanzen. Die Partikel werden zum Beispiel durch ihre Position auf einem Objektträger identifiziert, oder sie erhalten eine spezielle Kodierung, basierend auf Farbe, Fluoreszenz, Partikelgröße oder miniaturisierten Barcodes, sodass die Zuordnung jedes Partikels zu einer Testsubstanz möglich ist.
Die Inkubation der Partikel mit dem Analyten erfolgt in Suspension oder auch nach Immobilisierung der Partikel als zweidimensionales Festphasenarray auf einem planaren Träger. Auch andere Ausprägungen sind möglich, wie z. B. die lineare Aneinanderreihung in einer Kapillare.
Einsatzgebiet
Mikropartikel-Arrays werden in Diagnostik und Forschung für den parallelen Nachweis mehrerer unterschiedlicher Proteine, Antikörper oder Nukleinsäuren eingesetzt. Erste Systeme, z. B. zur Genotypisierung und Genexpressionsanalyse sowie zur Diagnostik allergischer sowie von Autoimmun-, Tumor- und Infektionserkrankungen sind im Einsatz.
Untersuchungsmaterial
Protein- oder Nukleinsäureextrakte aus Geweben und Zellen, Serum, Liquor, Urin.
Instrumentierung
Konventionelle Durchflusszytometer wie FACScan (Becton Dickinson), speziell entwickelte Geräte wie Luminex 100 (Luminex Corp.), UltraPlex (Smart Bead Technologies Ltd.), BeadArray Reader (Illumina Inc.).
Fehlermöglichkeit
Durch die extreme Miniaturisierung und hohe Multiplexizität müssen verlässliche und automatisierte Verfahren etabliert sein, welche die richtige Zuordnung von Testsubstanz und Messsignal übernehmen. Eine manuelle Kontrolle ist hier nicht möglich.
Praktikabilität – Automatisierung – Kosten
Die Methoden kommen speziell für die Multiparameterbestimmung von etwa 5 bis zu mehreren 100 Parametern infrage. Eine Automatisierung ist aufgrund des hohen Miniaturisierungsgrades bei der Auswertung der Analyseergebnisse zwingend. Die Kosten für Geräte und Reagenzien sind vergleichsweise hoch.
Bewertung – Methodenhierarchie (allg.)
Die Mikropartikel-Array-Technologie ist zwischen den konventionellen Einzelparameter-Testsystemen und den auf höchste Multiplexizität ausgelegten Mikroarraytechnologien einzuordnen. Der Übergang zur Mikroarraytechnologie ist fließend. Mikropartikel-Arrays werden derzeit bevorzugt dort eingesetzt, wo es gilt, eine moderate Anzahl an Analyten in einer Probe zu bestimmen. Sie steht im Wettbewerb zu anderen konventionellen Multiparametertests wie z. B. dem Linienblot und zu konventionellen planaren Mikroarrays niedriger Dichte.
Literatur
Templin MF, Stoll D, Bachmann J et al (2004) Protein microarrays and multiplexed sandwich immunoassays: what beats the beads? Comb Chem High Throughput Screen 7:223–229CrossRefPubMed