現(xiàn)代科學的發(fā)展,有兩類產(chǎn)品的使用,或者叫發(fā)明應(yīng)用,對現(xiàn)代人類有著劃時代的貢獻。其一是微處理器使我們的生活方式發(fā)生了根本變化,它是計算機和許多家電等相關(guān)產(chǎn)品的心臟,它改變了我們的整個經(jīng)濟、文化生活,影響了整個人類的社會發(fā)展,已經(jīng)進入每一個家庭,給人類帶來了巨大的財富;另外一類產(chǎn)品-生物芯片給人類帶來的影響可能更大。生物芯片是20世紀80年代末發(fā)展起來的一項生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的高新技術(shù),通過生物芯片上集成的成千上萬的密集排列的分子微陣可以實現(xiàn)對細胞、蛋白質(zhì)、DNA以及其他生物組份的準確、快速、大信息量的檢測,能夠在短時間內(nèi)分析大量的生物分子,使人們快速準確地獲取樣品中的生物多樣性信息,成百上千倍地提高檢測效率。生物芯片包括基因芯片、蛋白芯片、組織芯片等。它使生命科學及藥物的研究方式有了本質(zhì)的改變和突破,同時也改變了醫(yī)學診斷和治療的方式方法,也極大的地提高了人類生活質(zhì)量和健康水平,延長人均壽命。在生物芯片家族中,組織芯片是新出現(xiàn)的一類產(chǎn)品。
1 組織芯片的定義
組織芯片(Tissue Chip,TC)也稱組織微陣列(TisseuMicroArray,TMA),是在單位面積的載體上,以微陣列的形式,按不同的設(shè)計要求,順序地放置數(shù)個到數(shù)百個乃數(shù)千個集群標本,包括集群細胞、組織、器官的樣本。通常,這些載體以載玻片為常用材料、也可以是其他材料,如硅膠、硝酸纖維膜、尼龍膜、金屬片等,按照不同的用途,選擇載體。而樣本則可以是正常人體組織、人體腫瘤組織、人體非腫瘤類疾病組織、癌旁組織、動物組織器官等;也可以是其需要大樣本研究的病變組織,甚是植物組織;在這些樣本的基礎(chǔ)上,不同的實驗?zāi)康目梢圆捎貌煌南嚓P(guān)技術(shù),如:免疫組化(IHC )、原位雜交(ISH)、原位PCR、寡糖苷酸啟動的原位DNA合成(PRINS)等等,獲得相應(yīng)蛋白或基因表達。
2 組織芯片的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
早在1986年Battifora等⑴將處理的組織標本手工塑成蠟?zāi)c型,隨機組合,石蠟再包埋,常規(guī)切片,然后用免疫組織化學(IHC)方法檢測同一張玻片上多個組織標本,這應(yīng)該是組織芯片的雛形。1987年,Wan等⑵將石蠟包埋的組織軟化,制成管狀,手工鋪展,隨機排列,常規(guī)切片后可同步檢測多個組織標本,主要用于單抗的篩選。1991年Battifora等將組織標本切成細條,分別置于帶有溝槽的模具之中,加入瓊脂糖凝膠,包埋組織標本,重疊凝膠,石蠟重新包埋,制成多組織切片。還有一些科學家在探討有關(guān)組織芯片的制作、應(yīng)用。組織芯片這個階段的制備方法有諸多弊端,沒有形成規(guī)范的標準及制備方法。制成的芯片成品組織數(shù)目少,標本的形態(tài)不規(guī)則,大小不一,相互間排列不規(guī)則。沒有突破傳統(tǒng)病理學的制作方法,也使組織芯片的應(yīng)用受到很大的限制。組織微陣列(Tissue Microarray)是由美國國家衛(wèi)生研究院(NIH)的科學家Kononen J.等于1998年⑶在《自然醫(yī)學》雜志中先提出的。因此,也有人提出中Kononen組織微陣列⑷。他在做關(guān)于乳腺癌的雌激素受體表達及腫瘤亞型研究中,采用這種高通量(High-throughput)微陣列技術(shù),快速、準確的完成相關(guān)實驗內(nèi)容;充分體現(xiàn)這種技術(shù)的強大優(yōu)勢。組織芯片是在基因芯片、蛋白質(zhì)芯片基礎(chǔ)上興起的又一種新型生物芯片;也可以說是借鑒其他生物芯片的概念及技術(shù)發(fā)展而來的。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展,近幾年冰凍切片組織芯片的問世,使相應(yīng)組織標本更為鮮活,具有良好的細胞形態(tài),免疫組化和原位雜交也證明了冰凍組織芯片使蛋白質(zhì)、mRNAs在組織微陣列上保持了良好的組織活性⑸。相應(yīng)開發(fā)的系統(tǒng)軟件,把一些特定的實驗結(jié)果標準化,可以廣泛應(yīng)用于不同實驗室,很好的促進信息的交換與共享⑹。
我國的組織芯片研制項目是于2001年由國家科技部部署實施的,目前在上已有了立足之地,部分內(nèi)容已處于地位,這也為我國相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究提供了良好的條件。從2002年開始,國內(nèi)眾多實驗室、研究機構(gòu)開始探討把組織芯片應(yīng)用于各自的研究領(lǐng)域(7-8);西安交通大學第二醫(yī)院楊軍等人探討組織芯片技術(shù)在原位雜交中的應(yīng)用及hTER 和hTERT 表達與腫瘤的性質(zhì)明顯相關(guān)(P<0.005)實驗結(jié)果表明,組織芯片技術(shù)提供了一種快速、有效的組織學檢測方法,可廣泛應(yīng)用于原位雜交實驗,并有可能在腫瘤生物學研究中發(fā)揮重要的作用。同時,hTER 和hTERT表達上調(diào)有可能作為人體腫瘤診斷與鑒別診斷的 重要組織學指標⑼;2004年魏小勇等人把組織芯片與基因芯片配合使用,使兩者在尋找腫瘤基因中起到了很好的互補作用。利用基因芯片檢測出利用基因芯片檢測出差異表達的候選腫瘤基因,再利用組織芯片迅速篩選鑒定腫瘤基因,從而大大簡化和加快了腫瘤基因診斷從基礎(chǔ)研究到臨床應(yīng)用的進程。(10)
3 組織芯片的研發(fā)制作
在傳統(tǒng)的病理學過程中,通常經(jīng)過組織標本收集、取材、脫水、包埋、切片、HE染色等一系列程序,終完成組織切片的制作。組織芯片的研發(fā)制作與傳統(tǒng)方法基本類似。在傳統(tǒng)蠟塊制作完成之后,由的組織芯片制備儀完成后續(xù)工作,通常把兩組蠟塊分為供體蠟塊和受體蠟塊。組織芯片制備儀包括操作平臺、打孔采樣裝置和定位系統(tǒng)。打孔采樣裝置對受體蠟塊按芯片設(shè)計進行打孔定位,對供體蠟塊進行采樣;制備儀的定位裝置可使取樣針按X軸Y軸方向進行線性移動,從而制備出孔徑、孔距、孔深*相同的組織微陣列蠟塊;常規(guī)切片,將其固定到硅化或膠化玻片上即完成組織芯片的制備過程。常用組織芯片上的組織標本數(shù)目在50-800個之間在組織芯片。在組織芯片的制備過程中,組織芯片設(shè)計占有更重要的位置。依據(jù)組織芯片本身特點,其設(shè)計與所要研究的課題方向與實驗基本是同步進行的,通常,應(yīng)根據(jù)內(nèi)容選擇組織芯片的種類、病例數(shù)量,對照要求項目確定組織芯片的設(shè)計。
4 組織芯片的特點及應(yīng)用
組織芯片具有高通量、樣本數(shù)量大、節(jié)約組織標本的特點。因此,組織芯片在使用過程中體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢,克服了傳統(tǒng)組織分析研究的瓶頸⑿。對于實驗者來講,可以節(jié)約檢測抗體試劑,同樣結(jié)果的情況下,組織芯片的標本量更小,所需要的抗體、試劑量遠遠少于傳統(tǒng)方法對抗體及試劑的需要及使用量;實驗過程中可能保證實驗條件的一致性,在同一載體上(通常為一張玻片),可以很好地控制實驗條件,實驗結(jié)果間基本*;實驗結(jié)果可比性好,可提高結(jié)果準確性,保證實驗質(zhì)量。
目前,越來越多的分子生物學領(lǐng)域如人類基因研究、蛋白研究,藥物研發(fā)等,都能夠涉及到組織芯片的應(yīng)用。同時,組織芯片也廣泛應(yīng)用于疾病的分子水平診斷、農(nóng)業(yè)、基礎(chǔ)醫(yī)學研究、運動醫(yī)學⒀甚涉及到司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督以及航天科學、環(huán)境保護等領(lǐng)域。Kononen J等⑶通過組織芯片技術(shù)可對細胞進行高通量表型分析,用標準的免疫組化法(IHC)對組織芯片上的645例各種乳腺癌組織標本進行P53、erbB22和ER檢測,結(jié)果表明這些指標與乳腺癌的預(yù)后密切相關(guān),而且與傳統(tǒng)組織切片的檢測結(jié)果*一致,這種對照性研究結(jié)果,標志著這項技術(shù)走向成熟。2001年韓國人Kim WH采用組織芯片技術(shù),完成了1060例大樣本胃癌的研究,充分顯示了這項技術(shù)的*性⒁。組織芯片在后基因時代,可能通過免疫組化(IHC)、原位PCR、寡糖苷酸啟動的原位DNA合成(PRINS)等,廣泛地與核酸、蛋白質(zhì)、細胞、微生物等相關(guān)研究技術(shù)相結(jié)合,分別在基因、RNA和蛋白這三個水平進行形態(tài)功能的研究。組織芯片可用于驗證新基因的特異表達、突變體與多態(tài)性的檢測、腫瘤基因的篩選、藥物篩選及疾病診斷等方面;可對腫瘤的易感因素判定、腫瘤的分子水平診斷、腫瘤治療靶點的篩選、預(yù)后推測起重要作用⒂。
毛靜濤
中國醫(yī)藥經(jīng)濟與管理,2008(4):60-64.
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