Analytische Chemie
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Air pollution and climate change are potential drivers for the increasing burden of allergic diseases. The molecular mechanisms by which air pollutants and climate parameters may influence allergic diseases, however, are complex and elusive. This article provides an overview of physical, chemical and biological interactions between air pollution, climate change, allergens, adjuvants and the immune system, addressing how these interactions may promote the development of allergies. We reviewed and synthesized key findings from atmospheric, climate, and biomedical research. The current state of knowledge, open questions, and future research perspectives are outlined and discussed. The Anthropocene, as the present era of globally pervasive anthropogenic influence on planet Earth and, thus, on the human environment, is characterized by a strong increase of carbon dioxide, ozone, nitrogen oxides, and combustion- or traffic-related particulate matter in the atmosphere. These environmental factors can enhance the abundance and induce chemical modifications of allergens, increase oxidative stress in the human body, and skew the immune system toward allergic reactions. In particular, air pollutants can act as adjuvants and alter the immunogenicity of allergenic proteins, while climate change affects the atmospheric abundance and human exposure to bioaerosols and aeroallergens. To fully understand and effectively mitigate the adverse effects of air pollution and climate change on allergic diseases, several challenges remain to be resolved. Among these are the identification and quantification of immunochemical reaction pathways involving allergens and adjuvants under relevant environmental and physiological conditions.
In this work we report a novel paper-based analytical device read-out via LED-induced fluorescence detection (FPAD) for the quantification of the emerging pollutant ethinylestradiol (EE2) in river water samples. The PAD was used as a reaction platform for a competitive enzyme immunoassay. For the PAD development, microzones of filter paper, printed by a wax printing method, were modified with amino-functionalized SBA-15 and subsequently, anti-EE2 specific antibodies were covalently immobilized. The determination of EE2 in water was
carried out by adding a fixed concentration of EE2 conjugated with the enzyme horseradish peroxidase (HRP) to samples and standards. Then, the FPAD were added and incubated for 10 min. Finally, the detection was performed by the reaction of 10-acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine (ADHP) whose oxidation is catalyzed by HRP in the presence of H2O2, obtaining the highly fluorescent resorufin (R). Resorufin was detected by LED excitation at 550 nm, observing emission at 585 nm. The EE2 concentration in the samples was inversely proportional to the relative fluorescence obtained from the enzymatic reaction products. The FPAD assay showed a detection Limit (LOD) of 0.05 ng L−1 and coefficients of variation (CV) below 4.5% within-assay and below 6.5% between-assay, respectively. The results obtained show the potential suitability of our FPAD for the selective and sensitive quantification of EE2 in river water samples. In addition, it has the PADs advantages of being disposable, easy to
apply and inexpensive.
Partikelbasierte Multianalyt- Fluoreszenzimmunoassays für die Unweltanalytik und Biotechnologie
(2021)
Zur Beurteilung der Wasserqualität können Markersubstanzen, wie Carbamazepin, Diclofenac, Koffein und Gallensäuren, verwendet werden. Erhöhte Konzentrationen dieser anthropogenen Marker weisen auf Einleitstellen von Abwasser hin und zeigen somit an, wo Gewässer verschmutzt werden. Diese Arbeit beschreibt deshalb die Etablierung, Optimierung und Validierung eines partikelbasierten Suspensionsarray Fluoreszenzimmunoassays (SAFIA), mit dem diese Substanzen gleichzeitig und parallel in vielen Proben quantitativ bestimmt werden können. Für SAFIA wurde das Format des kompetitiven indirekten Immunoassays gewählt. Als Plattform wurden fluoreszenzintensitätscodierte Polystyrol-Kern/Siliziumdioxid-Schale-Partikel, auf deren Oberfläche Haptene als kompetitive Bindungsstellen für Antikörper immobilisiert wurden, verwendet. Hier zeigte sich, dass eine selektive Erkennung der Haptenstruktur auf der Oberfläche der Partikel durch die Antikörper nur gegeben war, wenn die Partikel zusätzlich mit Polyethylenglykolgruppen funktionalisiert wurden. Zum Auslesen des Fluoreszenzsignals wurde ein Durchflusszytometer verwendet. Kompatibilität mit der Durchführung in Mikrotiterplatten wurde erreicht, indem eine Stopp-lösung für den SAFIA, basierend auf Formaldehyd, entwickelt wurde. Nach der Optimierung der Assayparameter können die oben genannten vier Analyten gleichzeitig in einer Probe mindestens bis zu einer Konzentration von 0.3 μg L-1 nachgewiesen werden. Der Assay kann ohne Wasch-schritte ausgeführt werden und ist somit einfacher als konventionelle Immunoassays, wie z. B. ELISA. Der SAFIA wurde hinsichtlich Interferenzen und Selektivität untersucht. Dabei zeigte sich, dass Matrixbestandteile, die in wässrigen Umweltproben vorkommen, keinen bzw. nur einen ge-ringen Einfluss auf den SAFIA hatten. Im simulierten Umweltscreening eines Flusses und mithilfe der Analyse von Abwasserproben wurde SAFIA validiert; hier zeigte SAFIA eine mit ELISA vergleich-bare Genauigkeit, bei gleichzeitiger Senkung der Analysenzeit und -kosten. Die gleichzeitige Detektion mehrerer anthropogener Marker erlaubte zudem Rückschlüsse auf die Art von Verschmutzungsquellen, im Gegensatz zu ELISA, mit dem nur ein Analyt bestimmt werden kann. Da hochaffine Antikörper für Immunoassays essenziell sind, wurde ein SAFIA zum Screening antikörperproduzierenden Zellen (Hybridomzellen) entwickelt und eingesetzt. Durch die Implementierung eines Sandwichimmunoassays zur IgG Bestimmung und durch Verwendung von homo- und heterologen Haptenstrukturen konnten aus einem Pool von Hybridomzellen diejenigen ausgewählt werden, deren sekretierter Antikörper die geringsten Nachweisgrenzen im Immunoassay erlauben. Damit konnte das Anwendungsspektrum des SAFIA maßgeblich vergrößert werden. Er vereinfacht als biotechnologisches Werkzeug stark sowohl die Produktion von monoklonalen Antikörpern als auch die Analyse von Umweltproben.