title: Comparison of methods to measure cytokines in the context of large-scale epidemiologic studies
title: Methodenvergleich zur Messung von Zytokinen im Rahmen großer epidemiologischer Studien
Creators: name: Bomert, Martin
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: analytical performance
Immunologie
cytokine measurement
Medizin, Gesundheit
ELISA
multiplex assay system
CBA
Allergie

description: Im Rahmen der prospektiven
      multizentrischen Kohortenstudie PASTURE/ EFRAIM wurden
      Einflussfaktoren auf die Entstehung von kindlichem Asthma und
      Allergien untersucht. Ein Bestandteil war die Erstellung des
      T-Effektorzell-Profils der Teilnehmer mittels Zytokinmessung
      zu verschiedenen Zeitpunkten. Der für die Zytokinmessung
      verwendete ELISA wird derzeit als Goldstandard betrachtet,
      ist jedoch sehr Zeit-, Kosten-, Personal- und Probenintensiv.
      Die Messung der Zytokine sollte somit auf ein
      Hochdurchsatzverfahren, das „cytometric bead array assay
      (CBA)“-System der Firma BD Biosciences umgestellt werden.
      Ziel dieser Arbeit war es, die CBA-Methode zu validieren, sie
      auf ihre Messqualität im Vergleich zum ELISA und auf die
      Vergleichbarkeit von Messergebnissen beider Methoden zu
      untersuchen. Für den Vergleich der Messergebnisse beider
      Methoden wurden 556 Proben von vierzig Studienteilnehmern
      parallel per CBA und ELISA gemäß Herstelleranweisung
      gemessen. Die Messungen mittels ELISA wurden auf die gleiche
      Weise durchgeführt wie die Messungen der Studienproben im
      Rahmen der PASTURE-/ EFRAIM-Studie zuvor. Die Ergebnisse
      hinsichtlich Probenverschleppung, Kalibrationsstabilität,
      Analytischer und Funktioneller Sensitivität, Präzision,
      Wiederfindung und Linearität belegen, dass die CBA-Methode
      mindestens so stabile und verlässliche Messwerte generiert,
      wie die ELISA-Methode. In den meisten Fällen ist sie dabei
      jedoch bei Probenverbrauch, Kosteneffizienz,
      Reproduzierbarkeit und Benutzerfreundlichkeit überlegen. Die
      Vergleichbarkeit von Messergebnissen identischer Proben
      zeigt, dass die Ergebnisse zwischen ELISA und CBA mit
      Korrelationskoeffizienten (Pearson) zwischen 0,854 (TNF-a)
      und 0,930 (IL-10) für unverdünnt gemessene Proben
      korrelieren. Die Konkordanzkoeffizienten nach Lin, sowie die
      Darstellung der Messergebnisse nach Bland und Altman zeigen
      nur eine gute bis mäßige Übereinstimmung der Messergebnisse
      in niedrigen Konzentrationsbereichen und eine schlechte
      Übereinstimmung in hohen Konzentrationsbereichen. Die
      vorliegenden Ergebnisse lassen mit Einschränkungen einen
      Vergleich der Werte zwischen 5 pg/ml bis maximal 100 pg/ml
      für IL-5 zu, für IL-10 von 20 pg/ml bis 300 pg/ml, für IFN-g
      und TNF-a von 20 pg/ml bis 1000 pg/ml. Die Ursache liegt
      höchstwahrscheinlich in den unterschiedlichen Antikörpern der
      beiden Methoden, am Vorliegen von heterophilen Antikörpern,
      sowie an Verdünnungseffekten. Eine Lösung der dargestellten
      Probleme kann die Aufteilung der Messergebnisse in Kategorien
      sein. Die Zugehörigkeit zu einer Kategorie kann dann zwischen
      den Messmethoden verglichen werden.
description: In the course of the prospective
      multicentre cohortstudy PASTURE/ EFRAIM, factors that
      influence the development of childhood asthma and allergy
      were investigated. One part has been the creation of an image
      of the different T-cell-profiles by measuring cytokines at
      different time points. The usually used ELISA for cytokine
      measurement is regarded as the gold standard, but is very
      time-, money-, personell- and sample-consuming. Therefore,
      cytokine measurement should be switched to a high-throughput
      system, the „cytometric bead array assay (CBA)“-system from
      BD Biosciences. The aim of this paper is to validate the
      CBA-method, to ínvestigate the quality of measurements in
      comparison to ELISA and the comparability of both methods.
      The comparison of methods based on 556 samples of fourty
      study members which were measured in parallel according to
      the manufacturer’s manual. The ELISA measurements were
      performed according to the PASTURE-/ EFRAIM- study protocol.
      The results concerning sample carryover, calibration
      stability, analytical and functional sensitivity,
      imprecision, recovery and linearity show, that CBA generates
      at least as stable and reliable results as the ELISA and is,
      in most cases, superiour with regard to sample consumption,
      cost effectiveness, reproducibility, and usability. With
      regard to the comparability of identical samples, the
      measurement results show correlations coefficients (Pearson)
      between 0,854 (TNF-a) and 0,930 (IL-10) for undiluted
      samples. The concordance corellation coefficient according to
      Lin, as well as the graphical illustration according to Bland
      and Altman shows a fair agreement of measurement results for
      low concentrations and bad agreement in high concentrations.
      The present results allow the comparison of the results with
      certain limitations between 5 pg/ml and 100 pg/ml for IL-5,
      for IL-10 between 20 pg/ml and 300 pg/ml, for IFN-g and TNF-a
      between 20 pg/ml and 1000 pg/ml. The reason can most likely
      be seen in the use of different antibody pairs, the existence
      of heterophilic antibodys, and dilution effects. A solution
      to the lack of agreement of the measured values between the
      two methods can be the division to categories. The membership
      to a certain category may then be compared between CBA and
      ELISA.