组织芯片技术-原理-方法-线路-技术关键

一、概述

组织芯片(tissue chip)又称组织微阵列(tissue microarray,TMA),是以形态学为基础的分子生物学新技术，将数十至上千个小组织标本以规则阵列方式整齐排布于同一载体上而制成的组织切片，它是继基因芯片、蛋白质芯片之后出现的又一种重要的生物芯片，主要用于研究同一种基因或蛋白质分子在不同细胞或组织中表达的情况，具有高通量、大样本、省时快速等优点。

组织芯片与基因芯片或蛋白质芯片也有所不同，基因芯片或蛋白质芯片一次能检测一个或两个样本中的多个基因或蛋白质，而组织芯片正好相反，一次检测多个样本中的一个或两个基因或蛋白质。因此，这些技术之间是不能相互代替的。

二、基本原理

组织芯片从常规组织蜡块中获取组织并进行重新排布列阵，使多个病例或多种组织集中在一张切片上。

原理是将供体组织包埋成供体蜡块，用取样针从供体蜡块上将目的区域的组织取出并将不同的组织点排列在事先制作好的受体蜡块上，然后将排列好的组织点与受体蜡块进行融合成一个蜡块再进行后续的切片。

获得的切片在同一载玻片上包含了需要同时观察和对比的所有组织，这样的切片用于后续进行染色或免疫组化/荧光操作即可将载玻片上所有的组织点条件控制一致，比一个组织一张切片操作起来更方便快捷，组织间对比更明显结果更可靠，可用于组织中的 DNA、RNA和蛋白质的定位分析和检测。

   常用的检测方法为HE染色和特殊染色、免疫组织化学检测、DNA和RNA原位杂交、荧光原位杂交等。

三、组织芯片的制作方法

根据制作方法，可以分为石蜡包埋的组织芯片和冰冻芯片两种。肿瘤中常用的是石蜡包埋的组织芯片，通过组织芯片制作机细针打孔的方法，从众多的组织蜡块(称为供体蜡块，donor)中采集到数十至上百的圆柱形小组织(组织芯，tissue core)，并将其整齐排列另一空白蜡块(称为受体蜡块，recipient)中，而制成组织芯片蜡块。然后对组织芯片蜡块进行切片，再将切片转移到载玻片上制成组织芯片。

但是石蜡包埋组织芯片也有它的局限性，它不能同时检测DNA、mRNA及蛋白质的改变，因为三者最佳固定条件不同，冷冻组织芯片可克服上述缺点但制作过程复杂，总体效果有待改进。另外，还可能存在一些无效组织、组织芯片的移位或脱落、假阳性或假阴性反应等问题。

• 组织芯片制备的技术路线和基本制作过程：

1.芯片微陈列设计：在构建组织芯片之前，应该预先计划检测多少样本，然后相应地进行设计。对大多数研究来说，在一个常规的载玻片上放置60~100个样本已经足够了。当样本超过100例时，上样、切片、染色及研究各个步骤都要求相当熟练，并且由于样本排列过于紧密，有可能导致芯片制作和研究失败。因此在计划检测数百个到上千标本时可考虑多做几个组织芯片。

2.收集病例及相关蜡块：挑选出具有随访资料的不同发展阶段的肿瘤组织蜡块，根据HE切片对石蜡标本中有代表性的点进行标记，包括典型的肿瘤和相应的正常组织，以构建肿瘤组织芯片。

3.TMA受体蜡块制备：取97.5克莱卡石蜡+2.5克蜂蜡（2.5%）混合，制成长36mm*宽26mm*高17mm的空白蜡块，在该蜡块20mm×16mm范围内设计10×8点组织陈列。组织四周预留0.5cm-0.7cm空间，用组织仪打孔制成TMA蜡块。

4.在组织芯片制作机上用细针对受体蜡块打孔，孔径以1~1.5mm比较适宜。

5.同样在供体蜡块上标记的相应部位打孔采集组织芯。孔径同样为1~1.5mm。

6.将组织芯转移到受体模块的孔中，每个组织芯之间的间距以0.2mm为佳。

7.为了防止在打点、切片、染色或免疫组化过程中出现漏点，滑片及掉片现象，每个样本可以上样1-2个点。

8.将构建好的TMA芯片蜡块放在相宜的塑料盒子内，并严密固定防止移位。放入55℃温箱中约10分钟，在蜡将要完全溶解前（半融化状态），取出室温下冷却，使受体模块的蜡与新插入的小圆柱状组织溶为一体，取下蜡块，于4℃冰箱中保存备用。

9.切片前，蜡块需在4℃中预冷4h左右，然后夹在切片机上进行修正，等修到全部组织完整为止。用-20℃预冷冰袋贴在蜡块上5-10min左右，快速连续切片30-50张左右，再用冰袋冷冻组织块，或直接在冰冻切片机内进行，直至将组织切完为止。将4μm连续切片分别漂在凉水中，让其自然展开，按顺序将切片转移至45℃的温水中展片2min左右，将其贴在浸有APES切片黏合剂的载玻片上晾干，60℃中烤片3min左右，58℃中继续烤片18h，-20℃保存备用。

• 组织芯片制备的技术关键

1.从供体蜡块中采集组织芯时，由于外检蜡块采用普通石蜡，其韧性差、质地硬容易碎裂和使打孔针弯曲，所以要细心、耐心地采集组织芯，并可以将外检蜡块在37℃预热后再采集。

2. 构建好的TMA芯片中，要使组织芯和受体蜡块融合成一体，需要在55℃温箱加温。此时温度、时间调控十分重要，既要使组织芯不易掉片、滑片，又要防止受体蜡块融化移动组织芯位置。

3.载玻片的清洁和防止掉片处理亦是制作切片的关键不能忽视。

四、数据分析要求

1.原始数据、原始图片（dpi≥600）及其拍照倍数（100倍、200倍或400倍）；

2.检测样本的分组信息，样本若为细胞则标注种属和细胞名称，样本若为组织则标注检测种属和部位；

3.若需要做柱状图和统计学分析，请提供多次重复数据；

4.若需要做柱状图和统计学分析，请提供每组样本5个不同视野下的图片或计数结果；

5.实验的研究内容及目的

五、组织芯片的优劣势

　　组织芯片相对于传统的组织切片优势十分明显，规模大、通量高、标准化，组织芯片上的组织样本实验条件完全一致，有极好的质量控制，同时节省时间、节省试剂更是显而易见。首先，统一实验条件下的组织芯片，可以排除一系列复杂因素导致的组内或批间差异，使一次性多样本比较分析的准确性大为提高，可以分析出各个肿瘤标本之间的更加细微的组学差异(例如蛋白表达谱)。其次，组织芯片上所取组织样本定位准确，无效组织的数量大大减少。同时微小的样本组织采样基本不会毁坏原始蜡块，有利于医院内的病理档案保存。最后，组织芯片内阵列蜡块的制作和数据分析已能实现自动化，大大加快了实验进程。

　　目前组织芯片应用于肿瘤领域仍然存在一些缺点：由于肿瘤细胞的异质性，组织芯片上上直径0.6 mm 的样本能否全面代表原组织标本存在一定的争议。另外，组织芯片的制作仪器及分析系统目前价格昂贵，还没能大规模的推广应用。

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