免疫測定

免疫測定
免疫測定の基本構成要素の図。分析対象物（緑）、抗体（黒）、検出可能なラベル（黄色）が含まれます。
メッシュ	D007118
[Wikidataで編集]

免疫測定法（IA）は、抗体（通常）または抗原（場合によっては）を使用して、溶液中の高分子または小分子の存在または濃度を測定する生化学検査です。免疫測定法で検出される分子は「分析物」と呼ばれることが多く、多くの場合はタンパク質ですが、分析に必要な特性を持つ適切な抗体が開発されていれば、サイズやタイプが異なる他の種類の分子でもかまいません。血清や尿などの生物学的液体中の分析物は、医療目的や研究目的で免疫測定法を使用して頻繁に測定されます。^[1]

免疫アッセイには、さまざまな形式とバリエーションがあります。免疫アッセイは、アッセイのさまざまな時点で試薬を追加して洗い流したり分離したりしながら、複数のステップで実行できます。多段階アッセイは、分離免疫アッセイまたは不均一免疫アッセイと呼ばれることがよくあります。一部の免疫アッセイは、試薬とサンプルを混ぜて物理的測定を行うだけで実行できます。このようなアッセイは均一免疫アッセイ、またはそれほど一般的ではありませんが非分離免疫アッセイと呼ばれます。

免疫測定では、キャリブレーターがよく使用されます。キャリブレーターは、問題の分析対象物が含まれていることがわかっている溶液であり、その分析対象物の濃度は一般にわかっています。実際のサンプルに対するアッセイの応答とキャリブレーターによって生成されたアッセイの応答を比較すると、サンプル内の分析対象物の存在または濃度の観点から信号強度を解釈できます。

免疫測定法は、複雑な高分子混合物の中の特定の高分子を認識して結合する抗体の能力に依存しています。免疫学では、抗体が結合する特定の高分子は抗原と呼ばれ、抗体が結合する抗原上の領域はエピトープと呼ばれます。

場合によっては、免疫測定法では抗原を使用して、溶液中に存在する抗原を認識する抗体を検出することがあります。言い換えると、一部の免疫測定法では、分析対象は抗原ではなく抗体である場合があります。

抗体が抗原に結合することに加え、すべての免疫測定法のもう 1 つの重要な特徴は、結合に応じて測定可能な信号を生成する手段です。すべてではありませんが、ほとんどの免疫測定法では、抗体または抗原を何らかの検出可能なラベルと化学的に結合します。現代の免疫測定法には多数のラベルがあり、さまざまな手段で検出できます。多くのラベルは、放射線を放出するか、溶液の色を変えるか、光の下で蛍光を発するか、または発光するように誘導できるため、検出可能です。

ロザリン・サスマン・ヤローとソロモン・バーソンは、1950年代に最初の免疫測定法を開発したとされています。ヤローは1977年に免疫測定法の研究でノーベル賞を受賞し、この賞を受賞した2人目のアメリカ人女性となりました。^[2]

1960年代後半に酵素と抗体を化学的に結合させる技術が実証されて以来、免疫測定法は実行がかなり簡単になり、普及しました。^[3]

1983年、カーディフ大学 のアンソニー・キャンベル教授^{[4]は、免疫測定法で使用される}放射性ヨウ素を、自ら光を発するアクリジニウムエステル、すなわち化学発光に置き換えました。このタイプの免疫測定法は現在、世界中で毎年約1億件の臨床試験で使用されており、臨床医は血液サンプル中のさまざまなタンパク質、病原体、その他の分子を測定することができます。^[5]

2012年までに、商業用免疫測定業界の収益は170億ドルに達し、2～3%の範囲で緩やかな年間成長が見込まれていた。^[6]

免疫測定法では、抗体や抗原を検出するためにさまざまなラベルを使用します。ラベルは通常、目的の抗体または抗原に化学的に結合または結合されます。

おそらく、免疫測定法で使用される最も一般的なラベルの 1 つは酵素です。酵素を使用する免疫測定法は酵素免疫測定法 (EIA) と呼ばれ、その中で酵素結合免疫吸着測定法(ELISA) と酵素増幅免疫測定法(EMIT) が最も一般的なタイプです。

ELISAで使用される酵素には、西洋ワサビペルオキシダーゼ（HRP）、アルカリホスファターゼ（AP）、グルコースオキシダーゼなどがあります。これらの酵素は、特定の試薬の存在下で目に見える色の変化を起こすため、多くの場合検出が可能です。場合によっては、これらの酵素は試薬にさらされ、光や化学発光を引き起こします。ELISAには、直接、間接、サンドイッチ、競合など、いくつかの種類があります。^[7]

放射性同位元素を免疫測定試薬に組み込むことで、放射免疫測定(RIA) を行うことができます。結合した抗体抗原複合体から放出される放射能は、従来の方法を使用して簡単に検出できます。

RIAは最も初期に開発された免疫測定法の一つであるが、放射能を扱う際の難しさや潜在的な危険性のため、あまり好まれなくなっている。^{[8] [9]}

免疫測定の新しいアプローチは、リアルタイム定量ポリメラーゼ連鎖反応（RT qPCR）と従来の免疫測定技術を組み合わせたものである。リアルタイム免疫定量PCR（iqPCR）と呼ばれるこれらのアッセイで使用されるラベルはDNAプローブである。^{[10] [11]}

フィコエリトリンのような蛍光レポーターは、多くの現代の免疫測定法で使用されています。^[12] タンパク質マイクロアレイは、蛍光レポーターをよく使用する免疫測定法の一種です。^[13]

いくつかのラベルは電気化学発光（ECL）を介して機能し、電流に反応して検出可能な光を発します。^{[14] [15]}

免疫測定では一般的に何らかのラベルが使用されますが、ラベルに依存せず、代わりに測定成分の改変やラベル付けを必要としない検出方法を使用する特定の種類の測定もあります。表面プラズモン共鳴は、ラベルのない抗体と抗原の結合を検出できる技術の一例です。^{[16]実証されている別のラベルレス免疫測定では、}抗原が電極に結合すると電極の抵抗が変化するのを測定します。^[17]

免疫測定法はさまざまな形式で実施することができます。一般的に、免疫測定法は実施方法に応じていくつかのカテゴリのいずれかに分類されます。^[18]

競合的、均質的な免疫測定では、サンプル内の非標識分析物が標識分析物と競合して抗体に結合します。次に、標識された非結合分析物の量が測定されます。理論上、サンプル内の分析物が多いほど、より多くの標識分析物が置換されて測定されるため、標識された非結合分析物の量はサンプル内の分析物の量に比例します。

• 蛍光偏光免疫測定法（FPIA）は、結合標識と遊離標識を分離せずに、インキュベーション後の蛍光偏光信号を測定する。遊離標識分析物類似分子をサンプルに加えると、大きな抗体（Ab）に結合した場合と溶液中で遊離した場合ではブラウン運動が異なります。分析物はAbへの結合を競い、標識分析物がAbに結合すると信号が生成されます。信号強度は分析物濃度に反比例します。^[19]
• 酵素増幅免疫測定法（EMIT）では、酵素（例えばグルコース-6-リン酸脱水素酵素）で標識された遊離分析物類似体分子が検査対象の分析物と競合する。活性酵素はNAD（信号なし）をNADH（340 nmで吸収）に還元するため、340 nmで吸光度をモニターする。標識分析物がAbに結合すると、酵素は不活性になり、遊離ラベルによって信号が発生する。信号強度は分析物の濃度に正比例する。^[19]
• 発光酸素チャネリング免疫測定法（LOCI）では、分析対象物に結合したマイクロビーズ内に一重項酸素種を生成し、分析対象物が別の種類のビーズに結合したそれぞれのAb分子に結合すると、分析対象物は一重項酸素と反応し、分析対象物-Ab複合体の濃度に比例した化学発光信号を生成します。^[19]
• 溶液中の微粒子の運動学的相互作用（KIMS）および粒子増強比濁阻害免疫測定（PETINIA）では、遊離抗体が薬物微粒子複合体に結合して凝集体を形成し、分析対象物が存在しない場合に可視範囲で吸収します。分析対象物が存在する場合、抗体は遊離分析対象物に結合し、微粒子の凝集を防ぎ、吸光度を低下させます。信号は分析対象物の濃度に反比例します。^[19]
• クローン酵素供与体免疫測定法（CEDIA）では、酵素（例えば、β-ガラクトシダーゼ）を2つの不活性フラグメントに遺伝子操作します。薬物類似体と結合した小さな酵素供与体（ED）と、より大きな酵素受容体（EA）です。2つのフラグメントが結合すると、完全な酵素が基質を切断された有色の生成物に変換します。薬物分析対象分子が存在する場合、それらは溶液中のED標識薬物と限られたAb部位をめぐって競合します。遊離のED標識薬物類似体はEAに結合し、分析対象物の量に直接比例する比色信号を生成します。^[19]

競合的、均質な免疫測定法と同様に、サンプル内の非標識分析物は、標識分析物と競合して抗体に結合します。不均質な測定法では、標識された非結合分析物は分離または洗い流され、残りの標識された結合分析物が測定されます。

サンプルを標識抗体と混合すると、標的の分析対象物が標識抗体に結合します。結合していない標識抗体は洗い流され、結合した標識抗体が測定されます。信号の強度は、サンプル内の分析対象物の量に正比例します。

未知のサンプル内の分析対象物が抗体部位に結合し、次に標識抗体が分析対象物に結合します。次に、その部位の標識抗体の量が測定されます。標識抗体は、未知のサンプル内に分析対象物が存在しない場合は結合しないため、その量は分析対象物の濃度に直接比例します。このタイプの免疫測定法は、分析対象物が 2 つの抗体の間に「挟まれている」ため、サンドイッチ測定法とも呼ばれます。

広範囲にわたる医療検査は免疫測定法であり、この文脈では免疫診断法と呼ばれています。家庭用妊娠検査の多くは免疫測定法であり、妊娠マーカーであるヒト絨毛性ゴナドトロピンを検出します。^{[20]より具体的には、}ラテラルフローセットアップを使用してhCGが存在するかどうかを検出する定性検査です。^[21] COVID -19迅速抗原検査も定性的なラテラルフロー検査です。^[22]

その他の臨床免疫測定法は定量的であり、量を測定する。免疫測定法では、心臓病を評価するためのCK-MB 、低血糖を評価するためのインスリン、前立腺がんを検出するために前立腺特異抗原のレベルを測定することができ、また一部の免疫測定法は、一部の医薬品化合物の検出および/または定量測定にも使用される（詳細については、酵素増幅免疫測定法を参照）。 ^[23]

薬物検査も迅速な定性免疫測定から始まります。^[24]

免疫測定法は、スポーツ反ドーピング研究所でアスリートの血液サンプルを検査し、禁止されている組み換えヒト成長ホルモン（rhGH、rGH、hGH、GH）が含まれているかどうかを検査するために使用されています。^[25]

光音響免疫測定法は、金属ナノ粒子タグによって生成される低周波音響信号を測定する。プラズモン共鳴波長で変調された光で照らされると、ナノ粒子は強い音響信号を生成し、マイクロフォンを使用して測定することができる。^[26]光音響免疫測定法は、コロイドナノ粒子を使用するラテラルフローテストに適用することができる。^[27]

「免疫アッセイハンドブック」、第 3 版、David Wild 編、Elsevier、2008 年

• 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)における免疫測定
• スーザン・R・ミケルセン著「バイオ分析化学」第 5 章と第 6 章