组织芯片技术在医学研究中的应用进展.docx

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组织芯片技术在医学研究中的应用进展

组织芯片技术在医学研究中的应用进展

【关键词】组织芯片；医学研究；应用

1组织芯片的概念

　组织芯片（tissuechip）又称组织微阵列（tissuemicroarray）,是将数一、数百、乃至上千个小组织按预先设计的顺序整齐地排放在一张玻片上制成的组织切片［１］。

组织芯片按放置组织的多少分为多组织切片和组织切片和组织微阵列；按组织来源的不同分为人类组织芯片、动物组织芯片；人类组织芯片又可分为人类疾病组织芯片、正常组织芯片和胚胎组织芯片；人类疾病组织芯片又可分为恶性肿瘤组织芯片、良性肿瘤组织芯片、其他疾病组织芯片；依照研究目的不同，恶性肿瘤组织芯片又可分为单一肿瘤、多种肿瘤、进展期肿瘤、特定病理类型肿瘤等数十种不同的组织芯片。

2组织芯片的进展史

　1986年，Battifora［２］将脱蜡脱水的组织标本手动包裹成香肠形，随机组合，石蜡从头包埋，常规切片，后用免疫组化方式检测同一玻片上多个组织，这是较早的组织芯片雏形。

次年，Wan等［３］将其改良，把石蜡包埋的组织软化，制成管状，手工铺展，随机排列，常规切片后可同步检测多个组织标本，要紧用于单抗挑选。

后来又有多种改良方式问世［４，５］。

这些方式在一个石蜡块中放置的标本十分有限，包埋方式难以标准化，同一切片上组织标本大小不同，间距不一，形状不规那么，难以进行自动化分析，而且需要很高的技术，检测效率低下，大大限制了组织芯片的进展与应用。

1998年，Kononen等［６］第一次提出组织芯片的概念并证明了其应用价值，尔后该技术迅速进展，在后基因组织学研究中起到了其他生物技术无法替代的作用。

目前仅美国、韩国等少数国家在该领域进展迅速。

我国在组织芯片的研究方面起步晚，但进展迅速，此刻在组织芯片设计、组合、排列、组织固定、样品记录杂交和检测等方面的技术都有较大进展，已研制出多种类型的组织芯片，价钱低廉。

3组织芯片的制作方式

31组织处置在组织离体后尽快用4%的中性甲醛固定，时刻为24h,组织取材厚3mm。

行常规组织处置，石蜡包埋，制成目标蜡块，做5μm组织切片，并进行常规HE染色，用于组织定位。

32组织芯片制作的要紧步骤［７］采纳手工制作组织芯片，要紧流程是：

①形态学观看，查对组织或有关疾病的诊断。

②选择目标组织并别离在组织切片和相应石蜡组织块上标记，即组织定位。

③制做阵列蜡块。

先做空白石蜡块，并依照样本的数量及所要求的组织片的大小在空白石蜡块上钻孔，组织片的直径与孔径一致，从众多的供体组织蜡块中搜集到数十至数千的圆柱形小组织。

一样用06mm直径针进行取材，将其放在直径08mm的微阵列蜡块上，每一个微阵列蜡块可包括400~800个标本，增大取材的直径并非能更好的代表组织全貌，但在同一蜡块上进行多达20点取材那么会更好的代表组织特性，而且可不能损坏标本。

将搜集到的组织整齐地排列到受体蜡块中制成微阵列蜡块。

④切片。

组织片的厚度一样为5μm，与常规组织切片大体相似，专门应注意裱片的温度，以40℃为宜。

温度太高组织片易离散，太低那么难以保证组织片的展开。

将切好的组织片通过辅助系统转移并固定到胶化和硅化玻片上即成为可自动化分析的组织切片［6］。

4组织芯片的要紧作用

41就方式学而言，周小鸽等［８］以为，将HE染色、组织化学、免疫组织化学、原位杂交、荧光原位杂交等技术用于组织芯片上都是可行、有效的。

通过这些方式能够了解组织形态组化特性蛋白和核酸在组织细胞中的定位和散布。

42从组织病理学角度来看，组织芯片可用于细胞表型分析和基因表达分析。

421细胞表型分析：

运用组织芯片对细胞进行高通量表型分析，能够寻觅挑选与疾病发生进展及预后相关的生物分子标记。

Kononen等［6］用标准的免疫组化法对组织芯片上的645例各类乳腺癌组织标本进行p53、erbB2和ER基因检测，不但发觉这些标本与乳腺癌预后紧密相关，而且与大组织片检测结果完全一致。

Hoos等［９］用组织芯片技术对59例纤维母细胞瘤进行免疫表型分析，结果组织芯片上Ki67、p53和成视网膜细胞瘤蛋白（pRB）的表达与全数切片之间的染色一致性别离为96%、98%、91%，与完整切片相较，3个06mm活检标本的组织芯片提供了一个靠得住的高通量免疫组化表达系统。

张红英等［10］应用组织芯片技术研究A103和Inhinbiaα在肾上腺皮质肿瘤中的诊断价值，证明A103及lnhinbinα的联合应用关于明确肾上腺皮质肿瘤的诊断与辨别诊断有较高价值。

Chen等［１１］等利用组织芯片分辨头颈癌低氧调剂蛋白，发觉IKKβ是一种新型内原性肿瘤低氧性标记物，可能代表一种抗癌医治的新靶标。

Lugli等［１２］利用组织芯片分析HepParl在正常肝脏组织和肿瘤组织中的表达，以为HepParl是分辨原发性和继发性肝癌适合的工具。

这些研究均充分显示了组织芯片技术在细胞表型分析中的极大应用潜力［13］。

４.基因表达分析运用组织芯片进行基因表达分析，能够寻觅疾病基因。

Kononen等［6］用645例乳腺癌组织芯片同时进行p53、雌激素受体（ER）、myc、erbB二、CCDN一、MYBL2等6种基因的检测，发觉新鲜和石蜡包埋的组织标本检测结果无不同。

为了便于对原发性、复发性、转移性前列腺癌分子转变进行高通量分析，Bubendorf等［１４］用荧光原位杂交（FISH）分析含371例前列腺组织芯片的持续切片并进行5种基因表达分析，在激素耐受性转移瘤中，雄激素受体（AR）基因表达率为22%，myc为11%，CyclinD1为5%。

在局部复发性肿瘤标本中，相应的百分比为234%、40%和80%；erbB2和Nmyc在进展期前列腺癌的任何时期均无表达。

Schraml等［１５］报导了17种来源于恶性肿瘤的组织芯片，含397个肿瘤组织，用原位杂交（ISH）分析发觉，乳腺癌、肺癌、头颈部及膀胱来源肿瘤和黑色素瘤中有CCND1表达，在膀胱、乳腺、结肠、胃、睾丸和肺癌中有erbB2表达,在乳腺、结肠、肾脏、肺、卵巢、膀胱、头颈部和子宫内膜癌中有cmyc表达，这一结果对既往大量结果不同的研究报告作了进一步的证明或更新。

石群立等［16］用组织芯片检测乳腺癌相关癌基因产物表达，以为组织芯片用于大样本病理资料回忆性研究很有价值。

43与基因芯片联合应用利用基因芯片和组织芯片两项技术能够形成一种基因功能检测系统。

基因芯片技术能够研究同一种细胞或组织中成千上万基因转变的情形，组织芯片技术那么能够研究同一种基因在成千上万种细胞或组织中表达的情形［６］，二者是彼此补充的。

利用这一系统，就能够够使疾病的分子诊断预后和医治等相关领域的大规模研究与开发成为可能［１７］。

Moch等［１８］应用两种芯片技术研究肾癌细胞系CRL1933的基因表达状况。

第一步先采纳DNA芯片（含5148个cDNA克隆）研究肾癌细胞系与正常肾组织之间基因表达的不同，挑选出89个不同表达的基因，发觉其中一个编码波形蛋白的基因不同最为显著；第二步用波形蛋白单抗作为探针，免疫组化发觉其中一个编码波形蛋白的基因不同最为显著；第二步用波形蛋白单抗作为探针，免疫组化方式检测由532个肾癌样本组成的组织芯片，发觉波形蛋白常见于透明细胞癌和乳头状细胞癌，少见于嫌色细胞癌和大嗜酸性细胞癌，同时还发觉波形蛋白与肾癌的预后不良相关，而与疾病分期和病理分化无关。

Bubendorf等［９］在对前列腺癌的抗药机制研究中亦采纳两种芯片归并的方式，先依照DNA芯片中的不同表达挑选基因，再用组织芯片技术予以证明。

结果发觉IGFBP2蛋白在复发性前列腺癌中有100%的表达，原发癌的表达率为36%，而在前列腺增生中无表达，从而使前列腺癌的研究有一个明确的结果。

Barlund等［１７］将比较基因组杂交（CGH）、cDNA芯片和组织芯片技术相结合，发觉17q23上至少有2个独立区域（S6K和HER2）呈现高水平扩增；同时用668例原发性乳腺癌组织芯片进一步证明了细胞系中的超表达和扩增基因的存在，且其扩增与不良预后相关；S6K与HER2同时扩增与生存期短相关。

以上研究结果充分说明，两种或多种技术的合作应用可发觉许多新的基因，揭露其未知的生物功能，并进一步在大宗样本中证明这种功能，从而组成完整的基因检测体系，可快速、大量地获取疾病发生、进展及其生物学特性的重要信息，如此将显著加速基础研究发觉向临床应用转变的进程。

44测试生物试剂生产出的抗体和探针需要做特异性和灵敏性测试。

这种测试需要对大量不同来源的组织，阴性和阳性对照组织进行检查。

若是采纳组织芯片测试，一张组织芯片依次实验即可完成。

因此，其优势显而易见。

张彦宁等［２３］以CK20为例作了专门研究，结果中意。

Pan等［２１］利用肝脏肿瘤组织芯片对多种用于免疫分析的商业抗体比较挑选，找出自己中意的抗体。

45在HLA分型中的应用HLA分型在器官移植，尤其是骨髓移植中占有重腹地位，现代研究证明HLA与很多临床疾病有紧密关系。

此刻临床实验在HLA分型方面多采纳血清学方式，其缺点为本钱高，费时，精度不够，而组织芯片可完全弥补上述不足。

其在临床上的普遍应用必将极大地推动骨髓库的成立、移植配型的进步。

在生物芯片上同时固定所有已知HLA的等位基因，然后用于研究所感爱好的疾病与HLA的关系，因其本身具有快速、可并行处置等优势，能够方便、快捷地在此领域取得一些发觉［１３］。

46质量操纵及标准化20世纪90年代初在丹麦已开始采纳多组织芯片进行免疫组化染色的质量操纵和标准化。

这种工作每一年进行2次。

每次由一个单位负责将多组织作成很多持续切片，讨论和评估结果。

若是某单位存在技术或抗体问题，通过如此的活动就能够及时发觉并加以纠正。

47其它别离由正常组织和病理组织制成的组织芯片，可用于组织胚胎学和病理学教学，可用于对年轻病理医生和深造医生教学和病理诊断水平测试。

各类组织芯片，如正常组织芯片、各类类型的肿瘤组织芯片、同一系统的不同肿瘤组织芯片、少见肿瘤组织芯片、疑难病例组织芯片、非肿瘤组织芯片（各类炎症组织芯片和寄生虫组织芯片等）依照需要可制成缩微组织学和病理学图谱。

5组织芯片的局限性

　组织芯片有许多优势，如能够节约大量试剂和实验材料，一次实验可获取大量生物信息，可大大缩短研究时刻等［２２］。

但组织芯片技术也存在一些问题，如组织芯片的来源尤其是少见或罕有的组织标本的搜集十分困难，组织固定和处置时刻的不同也会阻碍组织芯片的质量，组织取材的大小对某一病变组织的代表性是芯片设计中常常碰到的问题，尤其是对有明显异质性的肿瘤常常会致使诊断结果的不同；无效组织、组织片脱落及对供体石蜡块的破坏等均是不利因素。

组织芯片的制作与传统病理学方式相似，仍然以手工制作为主，从而大大限制了生产数量。

自动化制备技术的应用会给组织芯片的生产产生较大阻碍，但至今问题尚未解决；组织芯片尽管解决了很多问题，但结果的判读和分析仍然是一项较为复杂的任务，因此，自动阅读分析系统的成立对这一技术尤显重要。

6总结与展望

　组织芯片技术令人类能够利用数以千计的组织标本同时研究某一个特定基因和基因所表达的相应产物，关于疾病的分子诊断、预后指标的挑选、医治靶点的定位及医治成效的预测等方面均有重大利用价值，取材少，获取信息量大，最大限度地减少了系统误差。

因此，组织芯片是一种超级有价值的工具。

能够相信，随着其应用领域的不断拓展，组织芯片必将开辟加倍广漠的美好前景。

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