本研究优化并实施了一种六重标志物多重免疫荧光检测方案,采用自动化染色仪以获得更一致的结果并缩短操作时间。该方法可被任何实验室直接应用于免疫肿瘤学研究。
方法文章
本研究优化并实施了一种六重标志物多重免疫荧光检测方案,采用自动化染色仪以获得更一致的结果并缩短操作时间。该方法可被任何实验室直接应用于免疫肿瘤学研究。
免疫肿瘤学的持续发展需要更深入地理解癌症免疫学的机制。对来自福尔马林固定、石蜡包埋(FFPE)活检组织样本的免疫谱型分析,已成为理解肿瘤免疫学复杂性以及发现癌症免疫治疗新型预测性生物标志物的关键工具。组织的免疫谱型分析需要在肿瘤微环境中联合评估多种标志物,包括炎性细胞亚群和免疫检查点。新型多重免疫组织化学方法的出现,使得对单个组织切片进行多参数分析的效率显著高于传统的单重免疫组织化学(IHC)。一种 commercially available 的多重免疫荧光(IF)方法基于酪胺信号放大技术,结合多光谱显微分析,可在组织中实现不同标志物信号的更好分离。该方法可兼容已针对FFPE组织样本上的标准IHC优化过的非偶联一抗。本文详细描述了一种自动化方案,可实现对癌组织样本进行六重标志物多重免疫荧光标记,所用抗体组合包括PD-L1、PD-1、CD68、CD8、Ki-67以及AE1/AE3细胞角蛋白,并以4′,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)作为细胞核复染剂。该多重抗体组合方案在自动化IHC染色仪中进行了优化,染色时间短于手动操作流程,可由任何实验室研究人员直接应用并根据需要调整,用于人类FFPE组织样本的免疫肿瘤学研究。本文还介绍了几种对照和工具,包括一种用于新多重免疫荧光抗体组合精细质量控制的滴加对照方法,有助于该技术的优化与验证。
对福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)肿瘤组织样本进行免疫谱型分析已成为肿瘤免疫学研究中的关键组成部分,尤其在临床试验背景下,用于发现和验证癌症免疫治疗的新型预测性生物标志物1,2。使用化学显色剂(如二氨基联苯胺)的显色免疫组化(IHC)仍是病理诊断中对活检组织进行免疫标记的标准技术3。标准IHC也可用于癌症组织的免疫谱型分析,包括定量分析肿瘤相关淋巴细胞亚群以及评估免疫检查点分子(如程序性细胞死亡配体1(PD-L1))的表达水平4,5。然而,标准IHC存在局限性,即每张组织切片只能标记一种抗原。由于免疫谱型研究通常需要分析多个标志物的联合表达情况,若使用标准IHC,则需对多张组织切片分别染色,每张切片仅染一种标志物,因此在分析核心针活检等小组织样本时会受到显著限制。此外,标准IHC方法在评估由不同细胞群体共表达的标志物时也存在局限,例如PD-L1等免疫检查点标志物常在肿瘤相关巨噬细胞和癌细胞中均有表达。这一局限性已在病理学家使用标准单重IHC对多种细胞类型表达的IHC标志物进行定量分析时被报道6。开发在同一组织切片上使用多种颜色显色剂的多重显色免疫组化技术,是对传统单重IHC方法的重要改进7,但其仍受限于仅能标记少数几个标志物,并且在准确评估同一细胞群体中相同亚细胞区域表达的标志物时面临重要的技术挑战。
上述关于临床样本中组织可获得性的注意事项,以及多重显色免疫组化(IHC)技术的局限性,促使人们需要开发更先进的多重检测方法,以用于基于荧光标记并结合成像系统的肿瘤免疫学研究,该系统能够有效分离同一张切片上多种荧光染料的信号。其中一种技术基于酪胺信号放大法(tyramide signal amplification, TSA),结合多光谱显微成像,实现高效的颜色分离8。一种市售的基于TSA的试剂盒采用了专为多光谱成像优化的荧光染料8(见材料表)。该系统的一个关键优势在于,其可兼容那些已用于常规显色IHC并经过验证和优化的未标记一抗9,10,11。这不仅加快了优化过程,还为引入新靶点的方案优化和抗体组合调整提供了灵活性。此外,多重免疫荧光(mIF)TSA方法可适配市售的自动化IHC染色系统,从而实现从单重显色IHC向mIF的顺利过渡。
本文介绍了一种基于自动化多重免疫荧光TSA染色并结合多光谱扫描仪成像的免疫肿瘤学研究用多重免疫荧光(mIF)检测方案。任何具备文中所述仪器设备和试剂的实验室用户均可对该方案进行适配与修改。该方案包含六种针对癌瘤免疫谱型分析的一抗组合:PD-L1、PD-1、CD68(泛巨噬细胞标记物)、CD8(细胞毒性T细胞)、Ki-67以及AE1/AE3(泛细胞角蛋白,作为上皮标记物用于识别癌瘤细胞)。近期一项研究报道了通过以显色免疫组化(IHC)作为标准参照,对人工操作的TSA多重免疫荧光方案进行优化的过程12. 本文介绍的改进方法采用了一种市售的七色TSA试剂盒,并在自动化染色仪中进行了优化,将染色时间从3–5天显著缩短至14小时,同时提高了染色结果的一致性。除本文提供的详细主实验方案外,还包含 补充材料 部分包括 "液滴控制" 方法,一种用于评估新mIF panel的附加质量控制流程,以及针对优化、故障排除和开发新多重panel的技术说明,以帮助实验室用户建立并优化定制mIF panel的mIF TSA方法。
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注意: 本方案介绍如何在自动化染色仪上使用 TSA 技术对六种抗体(CD68、ki67、PD-L1、PD-1、CD8 和 AE1/AE3)组成的 mIF 面板进行免疫谱型分析(参见材料表)。该方案还描述了如何进行“缺失对照”(drop controls),以对新建立的 mIF 面板进行质量控制(参见补充材料)。在本方案中,使用来自人扁桃体(阳性对照)的八张未染色 FFPE 切片和来自人肺腺癌的八张未染色切片进行染色。第一张切片用于包含全部六种标志物的全多重染色,第二张切片用于同型对照(不使用任何一抗),其余六张切片用于缺失对照(参见补充材料)。强烈建议额外设置组织自发荧光对照,且在所有多重研究中均应包含该对照(参见补充材料)。然而,研究人员可根据自身项目目标选用其他肿瘤类型和对照。对于此前无 mIF TSA 方法及多光谱扫描技术经验的实验室操作人员,建议阅读《多重免疫组化开发指南》(可在线获取,网址:http://info.perkinelmer.com/2016-lp-Opalassaydevelopmentguide-lp)。尽管该指南描述的是手动操作流程,但仍为 mIF 染色方法提供了良好的入门指导。本方案所使用的所有组织切片均已匿名化处理,并符合《赫尔辛基宣言》的要求。
1. 组织样本
2. 在自动化染色仪上创建新的多重免疫荧光染色程序:试剂注册
注意:在自动染色机软件中,试剂必须先添加到试剂列表中,然后才能在实验方案中使用。有关自动染色机型号和软件版本的信息,请参见材料表。
3. 自动染色机:容器的注册
4. 自动染色仪:mIF 实验方案程序的建立
5. 自动染色机:滴加对照的添加及同型对照方案
6. 自动染色机:切片制备方案
7. 自动染色机:试剂的准备
8. 自动染色仪:样本设置与多光谱染色
9. 多光谱切片的封片
10. 多光谱扫描仪
11. 多光谱扫描仪:多光谱成像
12. 光谱解混
注意:光谱解混步骤是实现切片通道分离和图像分析所必需的。在使用inForm软件进行光谱解混之前,必须利用仅用单一荧光染料染色以及仅用DAPI染色的肺腺癌切片建立光谱库。该程序也在前述的多重IHC检测开发指南中有描述。
13. 荧光强度与信号衰减的评估
注意:计数工具显示为带有一个小棕色方框的箭头,是多重检测优化过程中最重要的工具,应频繁使用(参见补充材料)。在光谱解混软件中使用计数工具评估信噪比,其最小值应超过10:1(有关使用滴控对照评估多重染色的故障排除方法,请参见补充材料)。
14. 多光谱图像分析
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本方案将产生如图所示的结果 图2首先评估扁桃体对照组织的染色情况,从表面的鳞状上皮细胞开始。可与病理学家共同回顾扁桃体样本的组织学特征,并结合H&E切片作为参考。如果在同一组织块上使用相同标记物进行显色免疫组化染色,则可用其确认mIF切片上各标记物的密度和分布情况。如图所示 图2A,扁桃体组织应在扁桃体表面鳞状上皮中呈现清晰明确的AE1/AE3细胞角蛋白染色(图2A;标记为红色伪彩色),淋巴组织中无背景染色。染色应位于细胞质,偶见膜强化,细胞核必须为阴性。隐窝中的网状上皮应同时对细胞角蛋白(红色)和PD-L1呈阳性图2A;绿色伪彩)。随后应识别扁桃体的滤泡生发中心。生发中心应易于辨认,并富含Ki-67阳性淋巴细胞(
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当前癌症免疫治疗的革命正在为癌症患者开辟全新且富有前景的治疗选择13。免疫肿瘤学领域的进展需要更深入地了解炎症性肿瘤微环境,这不仅有助于理解致癌过程中所涉及免疫机制的生物学特性,也有助于发现可用于新型免疫治疗的预测性生物标志物1,2。由于癌症免疫学具有复杂的生物学特性,通常需要对肿瘤组织样本进行分析,以不断扩展免疫标志物的检测清单。这些标志物在组织中不同细胞群体之间相互作用,并经常共表达1,2,5。临床试验通常采用小体积活检样本,例如穿刺活检或内镜活检,在治疗过程的不同时间点采集,以评估和监测患者的治疗反应。此类活检所提供的组织量有限,从而限制了可用于癌症免疫谱型分析的组织切片数量。当使用传统技术(如标准单重免疫组化)时,这一限制尤为严峻。因此,迫切需要开发新的癌症免疫谱型分析方法,采用多...
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本工作由全球生物制剂研发部门MedImmune资助,&D 为阿斯利康(AstraZeneca)的部门。C.W.、K.R. 和 C.C.H. 为 Perkin Elmer 公司员工,该公司生产了本研究中所使用的试剂(TSA 试剂盒)及多光谱扫描仪。M.S.、K.D.、A.H.、W.Z.、C. Bagnall、C. Brown、J.C.、A.L.、K.S.、M.R. 和 J.R.C. 为 MedImmune 公司员工,持有阿斯利康的股票所有权和/或股票权益或期权。
编辑支持由MedImmune的Deborah Shuman提供。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| "InForm 2.4.2" 光谱解混与图像分析软件 | PerkinElmer | CLS151066 | 文中称为 "光谱解混软件" |
| "Phenochart 1.0.9" 用于多光谱成像区域选择与整张切片扫描浏览的 QPTIFF 软件 | PerkinElmer | CLS151067 | 文中称为 "QPTIFF 软件" |
| #1.5 盖玻片 | Sigma Aldrich | 2975246 | |
| 200 证明乙醇 | Koptec | V1001 | |
| 20x Tris-缓冲盐溶液 | VWR | J640-4L | |
| 抗体稀释液 | DAKO | S2203 | |
| 抗 CD68 小鼠单克隆抗体 | DAKO | M087601-2 | 克隆号 PG-M1 |
| 抗 CD8 兔单克隆抗体 | Ventana | M5392 | 克隆号 SP239 |
| 抗 CK 小鼠单克隆抗体 | DAKO | M351501-2 | 克隆号 AE1/AE3 |
| 抗 ki67 小鼠单克隆抗体 | DAKO | M724001-2 | 克隆号 MIB-1 |
| 抗 PD-1 兔单克隆抗体 | Cell Signaling | #86163 | 克隆号 D4W2J |
| 抗 PD-L1 兔单克隆抗体 | Ventana | 790-4905 | 克隆号 SP263 |
| Bond 脱蜡液 | Leica | AR9222 | 文中称为 "脱蜡液" |
| Bond 抗原修复液 1 | Leica | AR9961 | 文中称为 "ER1" |
| Bond 抗原修复液 2 | Leica | AR9640 | 文中称为 "ER2" |
| Bond 开放式容器,30 mL | Leica | OP309700 | 文中称为 "30 mL 开放式容器" |
| Bond 开放式容器,7 mL | Leica | OP79193 | 文中称为 "7 mL 开放式容器" |
| Bond Polymer Refine 检测试剂盒 | Leica | DS9800 | 文中称为 "显色检测试剂盒" |
| Bond 研究用检测试剂盒 | Leica | DS9455 | 文中称为 "研究检测试剂盒" |
| Bond 滴定试剂盒 | Leica | OPT9049 | 文中称为 "滴定试剂盒" |
| Bond Universal Covertile Novocastra | Leica | S21.2001 | 文中称为 "盖片" |
| Bond 洗涤液 10X 浓缩液 | Leica | AR9590 | 文中称为 "10x 洗涤液" |
| BondRX 自动染色机 | Leica | 文中称为 "自动染色仪" | |
| BondRX 软件版本 5.2.1.204 | Leica | 文中称为 "自动染色仪软件" | |
| Opal 7 色自动化 IHC 试剂盒 | PerkinElmer | NEL801001KT | 文中称为 "多光谱染色试剂盒" |
| 过氧化物酶阻断剂 | Leica | RE7101 | |
| ProLong Diamond 抗荧光淬灭封片剂 | Thermo | P36965 | 文中称为 "载玻片封片剂" |
| Starfrost 载玻片 | Fisher | 15-183-51 | |
| Vectra Polaris 多光谱显微镜,配备 "Vectra 3.0.5" 显微镜控制软件 | PerkinElmer | CLS143455 | 文中称为 "显微镜控制软件" |
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