Summary

La cuantificación absoluta de Aß<sub> 1-42</sub> En el LCR utilizando un procedimiento de medición de referencia de espectrometría de masas

Published: March 21, 2017
doi:

Summary

A reference measurement procedure for the absolute quantification of Aβ1-42 in human CSF based on solid-phase extraction and liquid chromatography tandem mass spectrometry is described.

Abstract

Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disease among the elderly and accounts for 60-80% of all cases of dementia. Currently, the diagnosis of AD is based on cognitive tests and mental state exams, but the peptide amyloid-beta (Aβ) in cerebrospinal fluid (CSF) is increasingly used in clinical trials and settings. As for most protein and peptide biomarkers, quantification is performed using antibody-based techniques, such as enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). However, intra- and inter-laboratory variability in these assays hamper its use as a diagnostic marker in clinical routine.

An antibody-independent Reference Measurement Procedure (RMP) was developed based on solid-phase extraction (SPE) and liquid chromatography (LC)-tandem mass spectrometry (MS/MS), where stable, isotope-labeled Aβ peptides were used as internal standards, enabling absolute quantification. A high-resolution quadrupole-orbitrap hybrid instrument was used for the measurements. The method allows for the quantification of CSF Aβ1-42 between 150-4,000 pg/mL.

Introduction

La enfermedad de Alzheimer (EA) es la forma más común de demencia y afecta a unos 35 millones de personas en todo el mundo 1. Los signos neuropatológicos característicos de la enfermedad se cree ampliamente que se encuentran en el núcleo de patogénesis de la EA son los ovillos neurofibrilares intracelulares de proteína Tau hiperfosforilada y 2 placas extracelulares que consisten en agregados de beta-amiloide (Aß) péptidos 3. En línea con esto, la evaluación de la patología de la placa in vivo mediante biomarcadores recientemente se ha incluido en los criterios diagnósticos de investigación para 4 dC. Para las mediciones de LCR de 1-42, varios inmunoensayos están disponibles y se utilizan en muchos laboratorios clínicos 5. La concentración de 1-42 en CSF es de aproximadamente 50% menor en los pacientes de AD que en los ancianos cognitivamente normales, lo que refleja la deposición del péptido en las placas en el brain 6, 7.

Estos biomarcadores se analizan utilizando principalmente inmunoensayos (por ejemplo, técnicas basadas en anticuerpos), pero estos ensayos pueden estar influenciadas por los efectos de matriz 8. El uso de inmunoensayos en diferentes plataformas tecnológicas y la falta de estandarización de ensayo 9, 10 hace que la introducción de las concentraciones globales de corte difíciles 11, 12. Un PGR analítico validado permitiría la calibración uniforme de diferentes plataformas de ensayo, lo ideal sería que resulta en una mejor comparabilidad entre las plataformas de análisis y un mejor control de los factores que contribuyen a la variabilidad general de medición.

La cuantificación absoluta de 1-42 usando el método LC-MS / MS desarrollado supera muchos de los problemas asociados con la tecn basada en anticuerposiques. El método, que aparece como un PGR por el Comité Conjunto para la Trazabilidad en Medicina de Laboratorio (JCTLM base de datos de identificación del número C11RMP9), se utiliza para determinar la concentración absoluta de 1-42 en un material de referencia certificado (CRM) para armonizar CSF Aß 1 mediciones de -42 a través de técnicas y plataformas analíticas. El flujo de trabajo descrito debe ser de relevancia para el desarrollo de métodos de referencia candidato para péptidos y proteínas dentro de otras áreas de la medicina.

Protocol

NOTA: Este protocolo requiere alícuotas de al menos 50 l, con una concentración de 50 mg / ml para cada péptido Aß, como material de partida. Los péptidos Aß se deben disolver en 20% de acetonitrilo (ACN) y solución concentrada de amoníaco 4% en agua desionizada (v / v) y se almacenaron a 80 ° C. Precaución: Véase la Tabla 1 para información de seguridad. 1. Preparación de las soluciones Preparar 100 ml de 20% de ACN y 4% …

Representative Results

La configuración de la placa en la Figura 1 se utiliza para un plato lleno de muestras. Si se van a analizar un menor número de muestras desconocidas, el segundo calibrador, conjuntos de RF, y de control de calidad debe ser colocado después de la primera mitad de las muestras desconocidas. Como se ve en la Figura 2, los calibradores se encuentran cerca de la línea de regresión, con bajas …

Discussion

Para el método descrito, en vez de usar una matriz sustituta, se utilizó el enfoque sustituto analito 13, 14, 15, 16, que permite la calibración en CSF humano. El enfoque analito sustituto implica dos estándares marcados isotópicamente diferentes. Un (15 NAβ 142) se utiliza para generar la curva de calibración en CSF humano, mientras que otro (13 CAβ <s…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was performed on behalf of the International Federation of Clinical Chemistry Working Group on CSF Proteins, which has the following composition: Kaj Blennow (Chair) and Henrik Zetterberg, Gothenburg University, Sweden; Les Shaw and Magdalena Korecka, University of Philadelphia, PA, USA; Ingrid Zegers, Institute for Reference Materials and Measurements, Geel, Belgium; Piotr Lewczuk, Universitätsklinikum Erlangen, Germany; and Rand Jenkins, PPD Bioanalytical Laboratory, Richmond, VA, USA; Randall Bateman, Washington University, MO, USA; and H Vanderstichele, Innogenetics NV, Ghent, Belgium. This work was also part of the Global Consortium for Biomarker Standardization CSF Reference Methods Working Group, which is led by Maria C. Carrillo, Ph.D., Senior Director, Medical & Scientific Relations, Alzheimer’s Association. The study was supported by The Swedish Research Council (grants #14002, #521-2011-4709, and #2013-2546); the Knut and Alice Wallenberg Foundation; Demensförbundet; and Emil and Wera Cornell’s, Aina Wallström and Mary-Ann Sjöblom’s, Gun and Bertil Stohne’s, Magnus Bergvall’s, and Gamla Tjänarinnor’s Foundations.

Materials

Eppendorf Protein LoBind microcentrifuge tubes, 0.5 mL Eppendorf 022431081
Eppendorf Protein LoBind microcentrifuge tubes, 1.5 mL Eppendorf 022431081
Eppendorf Protein LoBind microcentrifuge tubes, 2 mL Eppendorf 022431102
Eppendorf Protein LoBind microcentrifuge tubes, 5 mL Eppendorf 0030 108.310
Eppendorf Protein LoBind Deepwell Plates 96 Eppendorf 951032905
Micronic 0.75 mL polypropylene tubes, V-bottom Micronic MPW32071BC3 Tubes used for collecting SPE eluate, but other collection devices can be used such as 96-well plates.
Micronic Split TPE Capcluster for 96 ind. tubes Micronic MP53026 Caps for Micronic tubes.
Micronic Loborack-96 white w high cover bar coded Micronic MPW51015BC3 Holder for Micronic tubes.
Biohit Optifit tips 1.2 mL Sartorius 791210 Used to reach all the way to the bottom of the LoBind deepwell plates (96-well). Other narrow tips might work as well.
Waters Oasis MCX 96-well µElution Plate Waters 186001830BA 
Waters Plate manifold reservoir tray Waters WAT058942
Waters Extraction Plate Manifold for Oasis 96-Well Plates Waters 186001831
Ammonium hydroxide solution, puriss. p.a., reag. ISO, reag. Ph. Eur., ~25% NH3 basis Sigma-Aldrich 30501-1L-D
Acetonitrile, Far UV HPLC Gradient grade, 2.5 L Fisher Scientific A/0627/17X
ortho-Phosphoric acid 85%, ACS,ISO,Reag. Ph Eur Merck Millipore 1005731000
Guanidine Hydrochloride, 500 g Thermo Scientific 24110
Thermo Scientific Q-exactive Hybrid Quadrupole Orbitrap Mass Spectrometer Thermo Scientific IQLAAEGAAPFALGMAZR With bundled Dionex Ultimate 3000 LC & autosampler.
Dionex ProSwift RP-4H Monolith Column (1.0 x 250mm) Dionex 066640
Bovine Serum Albumin, lyophilized powder, suitable for (for molecular biology), Non-acetylated Sigma-Aldrich B6917
Beta-Amyloid (1-42), Ultra Pure, TFA rPeptide A-1002-2
15N Beta-Amyloid (1-42), Uniformly labeled rPeptide A-1102-2
13C Beta-Amyloid (1-42), Uniformly labeled rPeptide A-1106-2
Microplate shakers, TiMix 2 Edmund Bühler 6110 000

References

  1. Querfurth, H. W., LaFerla, F. M. Alzheimer’s disease. N Engl J Med. 362 (4), 329-344 (2010).
  2. Braak, H., Braak, E. Evolution of the neuropathology of Alzheimer’s disease. Acta Neurol Scand Suppl. 165, 3-12 (1996).
  3. Blennow, K., de Leon, M. J., Zetterberg, H. Alzheimer’s disease. Lancet. 368 (9533), 387-403 (2006).
  4. Dubois, B., et al. Advancing research diagnostic criteria for Alzheimer’s disease: the IWG-2 criteria. Lancet Neurol. 13 (6), 614-629 (2014).
  5. Blennow, K., Hampel, H., Weiner, M., Zetterberg, H. Cerebrospinal fluid and plasma biomarkers in Alzheimer disease. Nat Rev Neurol. 6 (3), 131-144 (2010).
  6. Buchhave, P., et al. Cerebrospinal fluid levels of beta-amyloid 1-42, but not of tau, are fully changed already 5 to 10 years before the onset of Alzheimer dementia. Arch Gen Psychiatry. 69 (1), 98-106 (2012).
  7. Olsson, B., et al. CSF and blood biomarkers for the diagnosis of Alzheimer’s disease: a systematic review and meta-analysis. The Lancet Neurology. 15 (7), 673-684 (2016).
  8. Bjerke, M., et al. Confounding factors influencing amyloid Beta concentration in cerebrospinal fluid. Int J Alzheimers Dis. , (2010).
  9. Dumurgier, J., et al. Intersite variability of CSF Alzheimer’s disease biomarkers in clinical setting. Alzheimers Dement. 9 (4), 406-413 (2013).
  10. Mattsson, N., et al. CSF biomarker variability in the Alzheimer’s Association quality control program. Alzheimers Dement. 9 (3), 251-261 (2013).
  11. Kang, J. H., Korecka, M., Toledo, J. B., Trojanowski, J. Q., Shaw, L. M. Clinical Utility and Analytical Challenges in Measurement of Cerebrospinal Fluid Amyloid-beta1-42 and tau Proteins as Alzheimer Disease Biomarkers. Clin Chem. 59 (6), 903-916 (2013).
  12. Mattsson, N., et al. Reference measurement procedures for Alzheimer’s disease cerebrospinal fluid biomarkers: definitions and approaches with focus on amyloid beta42. Biomark Med. 6 (4), 409-417 (2012).
  13. Ahmadkhaniha, R., Shafiee, A., Rastkari, N., Kobarfard, F. Accurate quantification of endogenous androgenic steroids in cattle’s meat by gas chromatography mass spectrometry using a surrogate analyte approach. Anal Chim Acta. 631 (1), 80-86 (2009).
  14. Jemal, M., Schuster, A., Whigan, D. B. Liquid chromatography/tandem mass spectrometry methods for quantitation of mevalonic acid in human plasma and urine: method validation, demonstration of using a surrogate analyte, and demonstration of unacceptable matrix effect in spite of use of a stable isotope analog internal standard. Rapid Commun Mass Spectrom. 17 (15), 1723-1734 (2003).
  15. Leinenbach, A., et al. Mass spectrometry-based candidate reference measurement procedure for quantification of amyloid-beta in cerebrospinal fluid. Clin Chem. 60 (7), 987-994 (2014).
  16. Li, W., Cohen, L. H. Quantitation of endogenous analytes in biofluid without a true blank matrix. Anal Chem. 75 (21), 5854-5859 (2003).
  17. Perret-Liaudet, A., et al. Cerebrospinal fluid collection tubes: a critical issue for Alzheimer disease diagnosis. Clin Chem. 58 (4), 787-789 (2012).
  18. Lewczuk, P., et al. Effect of sample collection tubes on cerebrospinal fluid concentrations of tau proteins and amyloid beta peptides. Clin Chem. 52 (2), 332-334 (2006).
  19. Pannee, J., et al. Reference measurement procedure for CSF amyloid beta (Aβ)1-42 and the CSF Aβ1-42 /Aβ1-40 ratio – a cross-validation study against amyloid PET. J Neurochem. 139 (4), 651-658 (2016).
  20. Thienpont, L. M., Van Houcke, S. K. Traceability to a common standard for protein measurements by immunoassay for in-vitro diagnostic purposes. Clin Chim Acta. 411 (23-24), 2058-2061 (2010).
  21. Vesper, H. W., Thienpont, L. M. Traceability in laboratory medicine. Clin Chem. 55 (6), 1067-1075 (2009).
check_url/kr/55386?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Pannee, J., Blennow, K., Zetterberg, H., Portelius, E. Absolute Quantification of Aβ1-42 in CSF Using a Mass Spectrometric Reference Measurement Procedure. J. Vis. Exp. (121), e55386, doi:10.3791/55386 (2017).

View Video