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揭秘WEIAOBIO组织芯片:从制备到染色的全流程演变

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组织芯片TMA从制备到染色的演变
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组织芯片简介
 组织芯片是一种高通量的技术,它将数十至数百个微小的组织样本(供体蜡块)以规则阵列的方式有序地排列在一张石蜡块受体蜡块)上,从而在一张玻片上同时进行多种分子标记(如HE染色免疫组化多重荧光染色等)的分析,极大地提高了实验效率并减少了样本和试剂的消耗。

01
设计与制备:从切片到蜡块

  这个阶段的目的是将“许多组织”变成“一个包含许多组织蜡块”,即制造出TMA蜡块。
1. 设计规划:
确定研究目的:明确要研究的问题,例如是肿瘤 vs 癌旁组织对比,还是不同分期的组织比较。
筛选供体组织:根据研究目的,从大量的存档石蜡包埋组织( donor blocks )中挑选出有代表性的样本。
标记与定位:对供体组织玻片进行HE染色,在显微镜下精确标记出目标区域(如肿瘤核心区、浸润前沿、正常组织区)。这是保证TMA质量的关键一步,确保取的是有研究价值的组织。
阵列设计:使用专业TMA设计软件规划阵列排布(如10x10, 20x20等),并给每个点编号,记录其对应的样本信息。
肝癌组织芯片49例 98点.jpg
肝癌组织芯片示例图(7*14)

2. 样本取材与阵列构建:
从供体蜡块中取样:使用组织芯片仪(Tissue Arrayer)的空心针(通常直径0.6-2.0mm)从供体蜡块的指定区域穿刺,获取一个组织柱(tissue core)。
向受体蜡块中注样:在预先制备好的空白受体石蜡块上,用同样的针打出一个孔洞,然后将获取的组织柱精确地植入孔洞中。
重复排列:按照设计好的阵列顺序,重复以上步骤,将数百个组织柱整齐地排列到受体蜡块中。为了定位和方向识别,通常会在阵列的特定角落(如左上角)植入不同形状或类型的组织作为标记。
固定与固化:所有组织柱植入后,将TMA蜡块稍微加热(37°C)并轻轻压平,使组织柱与周围蜡质紧密融合,然后冷却固化。
IMG_4511.B96F15713020448A8666988D49E8F005.jpg形态一:TMA蜡块(TMA Block)
形态描述:这是一个外观普通的石蜡块,但其表面布满了规则排列的小点,每个点都是一个微缩的组织样本。
意义:这是TMA技术的物质载体和起点。一个TMA蜡块就是一个包含大量样本的“数据库”,可以无限次地切片,用于各种后续研究。
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02
切片与裱片:(从“蜡块”到“玻片”)
  这个阶段的目的是将三维的TMA蜡块变成二维的、可用于显微镜观察的玻片。
1. 切片:
将固化好的TMA蜡块放置在石蜡切片机上。由于TMA蜡块中的组织来源多样、质地不一,且之间存在微小缝隙,对切片技术要求较高。需要非常锋利的刀片和精湛的技术来获得连续、平整、无皱褶的切片,通常厚度为4-5μm。

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2. 裱片:
将切下的ribbons 漂浮在40-45°C的水浴中,利用水的表面张力使切片展平。用载玻片或特制的粘附性玻片(如APES或 poly-L-lysine 包被的玻片)将切片捞起。牢固的粘附至关重要,因为在后续的脱蜡、水化、高温抗原修复等苛刻处理中,防止组织点脱落是实验成功的关键。
形态二:TMA切片/玻片(TMA Section/Slide)
形态描述:一张标准的显微镜载玻片,上面有与蜡块阵列完全对应的微组织阵列。每个组织点直径约0.6-2.0mm,整齐排列在面积约1cm²的区域内。
意义:这是进行所有后续实验操作的平台。一张TMA玻片相当于数十上百张普通玻片,实现了真正的高通量平行实验。

03
染色与分析:从“玻片”到“数据”
  这个阶段的目的是对TMA玻片进行各种生物学染色,将生物分子信息转化为可视化的信号,并最终量化成可分析的数据。
1. 染色前处理:
脱蜡与水化:使用二甲苯(或环保脱蜡剂)和梯度乙醇去除石蜡,使组织回归水合状态。
抗原修复: 对于免疫组化(IHC)或免疫荧光(IF),通常需要进行热介导或酶介导的抗原修复,以暴露因甲醛固定而遮蔽的抗原表位。
内源性酶阻断/封闭: 阻断内源性过氧化物酶(IHC中)或碱性磷酸酶,以及使用血清封闭非特异性结合位点。
抗原修复.jpg
抗原修复

2. 染色(三种主要类型):

A. 苏木精-伊红染色(H&E Staining):
流程:是最基础的染色。苏木精将细胞核染成蓝色,伊红将细胞质和胞外基质染成粉红色。
目的:形态学质控。用于确认TMA每个点的组织形态是否完好,是否取到了目标区域(如是否是肿瘤),是后续分析解释的基础。

ZL-KICC1601 HE(1).jpgB. 免疫组织化学(IHC Staining):
流程: 将TMA玻片与特定的一抗(如抗ER、抗HER2、抗Ki-67的抗体)孵育,再与偶联了酶(如HRP)的二抗孵育,最后加入显色底物(如DAB产生棕色沉淀)。
目的: 在组织原位检测特定蛋白质的表达水平、定位(胞膜/胞浆/胞核)和分布情况。结果是彩色的、可长期保存的阳性和阴性信号。

胰腺癌 核(1).jpg

C.多重免疫荧光(MultiplexImmunofluorescence, mIF):

流程:多重免疫荧光的核心挑战在于如何避免不同抗体之间的交叉反应以及如何突破荧光染料种类的限制。TSA技术是目前最主流的解决方案。其基本流程可概括为:“轮次式”的标记-成像-洗脱循环。
目的:多重免疫荧光的核心目的是在单张组织切片上同时检测多种(通常为2-7种,甚至更多)靶标(蛋白质)的表达、定位及细胞类型。其终极目标是解析复杂组织中不同细胞组分之间的空间关系和相互作用。
组织芯片多色.png3. 扫描与数字化:
使用全玻片扫描系统(Whole Slide Scanner)将整张TMA玻片高速扫描成高分辨率的数字图像(如 .svs, .ndpi 格式)。
组织芯片扫描.png

4. 图像分析与数据提取:
使用专业的图像分析软件(如 ATPime)。软件能自动识别每个组织点,并根据设定的算法(如阳性细胞计数、染色强度评分H-Score、染色面积百分比等)对每个点进行定量分析。最终输出一个数据矩阵,行是每个组织点,列是各种量化参数(如Ki-67阳性率, HER2评分等)。

组织芯片TMA分析.png形态三:数字化数据矩阵(Digital Data Matrix)
形态描述: 不再是物理形态,而是一个Excel表格或数据库文件。每一行对应TMA阵列中的一个点(即一个病人样本),每一列对应一个从该点量化出的生物标记物数据。
意义: 这是TMA技术的最终产物和最高价值形态。它将形态学的、定性的病理学信息转化为客观、可量化的高通量数据,可直接与患者的临床信息(生存期、疗效等)进行统计学关联分析,用于生物标志物发现、疾病分型、预后判断等精准医学研究。

组织芯片IHC染色
组织芯片HE染色

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组织芯片mIHC染色

 

总结
  组织芯片的应用范围可以概括为:一切需要在大量组织样本中原位检测分子靶标(蛋白、DNA、RNA)的研究场景。
其核心优势在于:
高效省时:极大缩短了研究周期。
节约样本:尤其珍贵的人类疾病样本被最大化利用。
结果可靠:所有样本在同一实验条件下处理,减少了批间误差,保证了结果的公平可比性。
高通量数据:直接产生可用于生物信息学统计分析的量化数据。
正因为这些特点,TMA技术完美地架起了基础研究发现与临床应用之间的桥梁,是推动精准医学发展的重要技术平台。

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组织芯片

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文献参考

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Shanghai Wellbio Biotechnology Co., Ltd
                                        
  上海威奥生物科技有限公司,成立于2008年8月,坐落于上海市闵行区江月路999号9幢4层(奇亚特中心),交通便利,环境优美,欢迎来公司考察、洽谈!
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