Due to the circulation of infectious diseases and the emergence of new pathogens, fundamental research, as well as the development of vaccines are of utmost importance. Peptide microarrays (PMAs) can facilitate the investigation of an immune response to an antigen by detecting linear B cell epitopes. They consist of a miniaturized spot pattern containing different peptide sequences. These reproduce all potential linear epitopes of a protein, usually as a map of overlapping peptides. Therefore, PMAs allow for high-throughput screening in a fast manner. To show their versatility, PMAs were applied for the detection of linear B cell epitopes elicited by infectious pathogens or a vaccine-delivered antigen. First, PMAs of the Ebola virus spike glycoprotein were used to analyze the development of antibodies, recognizing linear peptide epitopes, in vaccine recipients and an Ebola virus disease survivor. Second, PMAs covering the SARS-CoV-2 coronavirus proteome were used to identify epitopes. The antibodies elicited by patients with COVID-19 disease were studied during the course of the disease. Today, commercially available PMAs do either lack peptide sequence flexibility and/or a high peptide density. Thus, the price per analyzed sample is high and therefore, reducing the usage of PMAs. Hence, the combinatorial laser-induced forward transfer (cLIFT) technology was developed for the fabrication of high-density PMAs. Thereby, a polymer and an amino acid are transferred via laser irradiation from a donor to an acceptor in a spot pattern. Together with intermittent chemical processing, this laser based technique can be used to in situ synthesize microarrays. With the implementation of an automated synthesizer and optimal synthesis parameters, it was possible to produce up to 20-residue peptides with controlled spot size. Finally, a full combinatorial synthesis of overlapping 15-mer peptides containing the Ebola virus proteome with 4444 and 10 000 spots per cm2 was performed. The antibody binding was compared to a commercial peptide microarray containing the same peptides of the spike glycoprotein. The results revealed an excellent quality up to a density of 4444 spots per cm2. Moreover, the flexibility of this method allows the exchange of building blocks and thus, enables the synthesis of other molecules.
Angesichts der Verbreitung von Infektionskrankheiten und dem Auftreten neuer Krankheitserreger sind Grundlagenforschung und die Entwicklung von Impfstoffen von größter Bedeutung. Peptid Microarrays (PMAs) können die Untersuchung einer Immunantwort auf ein Antigen durch den Nachweis linearer B-Zell-Epitope erleichtern. Sie bestehen aus einem miniaturisierten Spotmuster, welches verschiedene Peptidsequenzen enthält. Diese bilden alle potentiellen linearen Epitope eines Proteins ab, in der Regel als überlappende Peptide. Daher ermöglichen PMAs schnelle Hochdurchsatz-Untersuchungen. Um ihre Vielseitigkeit zu zeigen, wurden PMAs für den Nachweis linearer B-Zelle-Epitope eingesetzt, die durch infektiöse Erreger oder durch ein Impfstoff-verabreichtes Antigen ausgelöst wurden. Zuerst wurden PMAs des Ebolavirus Spike-Glykoproteins verwendet, um die Entwicklung von Antikörpern, welche lineare Peptidepitope erkennen, in Geimpften und einem Überlebenden der Ebolavirus Erkrankung zu analysieren. Zweitens wurden PMAs, die das Proteom des Coronavirus SARS-CoV 2 umfassen, zur Identifizierung von Epitopen eingesetzt. Somit konnten die gebildeten Antikörper von Patienten mit der COVID-19-Erkrankung im Verlauf der Erkrankung untersucht werden. Heutzutage, mangelt es kommerziell erhältlichen PMAs entweder an Peptidsequenzflexibilität und/oder an hoher Peptiddichte. Dadurch ist der Preis pro analysierter Probe hoch und schränkt somit die Anwendung von PMAs ein. Daher wurde der kombinatorische Laser-induzierte Vorwärtstransfer (cLIFT) zur Herstellung von PMAs mit hoher Dichte entwickelt. Dabei werden Spots, die ein Polymer und eine Aminosäure enthalten, von einem Donator auf einen Akzeptor übertragen, um ein Spotmuster zu erzeugen. Zusammen mit intermittierenden chemischen Schritten kann diese Laser-basierte Technik zur in situ Synthese von Microarrays verwendet werden. Mit der Einführung einer automatisierten Synthesemaschine und optimaler Syntheseparameter war es möglich Peptide mit bis zu 20 Aminosäuren und kontrollierter Spotgröße herzustellen. Schließlich wurde eine vollständig kombinatorische Synthese von überlappenden 15-mer Peptiden, die das Proteom des Ebolavirus umfassen, mit 4444 und 10 000 Spots pro cm2 durchgeführt. Die Antikörperbindung wurde mit einem kommerziellen Peptid Microarray verglichen, der die gleichen Peptide des Spike-Glykoproteins enthält. Die Ergebnisse zeigten eine hervorragende Qualität bis zu einer Dichte von 4444 Spots pro cm2. Darüber hinaus ermöglicht die Flexibilität dieser Methode den Austausch von Bausteinen und damit die Synthese anderer Moleküle.
