本文介绍了一种针对冻存全血样本的细胞松弛素B阻滞微核试验的优化方案。这种用于微核分析的全血冻存优化方法是一种可靠的技术,适用于大规模采样和多中心研究,也可用于其他与血液相关的检测。
本文介绍了一种针对冻存全血样本的细胞松弛素B阻滞微核试验的优化方案。这种用于微核分析的全血冻存优化方法是一种可靠的技术,适用于大规模采样和多中心研究,也可用于其他与血液相关的检测。
的 体外 细胞分裂阻断微核(cytokinesis-block micronucleus, CBMN)试验是放射生物学研究、生物剂量学、遗传毒性研究中广泛使用的一种技术,以及 体外 放射敏感性检测。这种细胞遗传学方法基于检测双核细胞中因染色体片段在细胞分裂过程中滞后而形成的微核。新鲜全血样本是CBMN检测最优先选择的样本类型。然而,使用新鲜血液样本的缺点包括采血后需立即处理,以及在不进行额外采血的情况下可重复分析的次数有限。
由于新鲜血液样本在实际操作中可能面临物流上的挑战,因此在冻存的全血样本上进行CBMN检测将具有显著优势,尤其是在大规模的患者研究中。本文介绍了一种冻存全血样本并在此类冻存样本上实施CBMN检测的实验方案。来自健康志愿者的血液样本在不同时间点被冷冻和解冻后,采用改良的微核检测方案进行处理。结果表明,该优化后的流程可成功在冻存血液样本上开展CBMN检测。所描述的冷冻保存方案也可能适用于其他细胞遗传学检测以及多种需要淋巴细胞增殖的功能性检测。
自从发现以来,由于电离辐射(IR)对生物体具有不良影响,其使用在研究人员中一直存在争议。这种有害效应通常表现为DNA损伤,例如双链断裂(DSBs);若这些双链断裂未能得到修复,则会导致染色体畸变和突变,而这些正是癌症的重要特征1,2。此类染色体畸变可通过细胞遗传学检测方法进行观察,例如细胞质分裂阻滞微核(CBMN)试验。微核是指在有丝分裂过程中无法被整合进子代细胞核中的滞后染色体片段,因而被遗留在细胞质中。
CBMN 是一种常用的、可靠的细胞遗传学技术,用于评估暴露于体内或体外电离辐射个体的染色体损伤。CBMN 检测可使用新鲜全血或分离的外周血单个核细胞(PBMCs)。由于 PBMC 的分离与处理过程耗时,且会丢失作为细胞存活与生长支持介质的血清血浆,因此新鲜全血通常是首选的生物材料。为获得较高的双核细胞得率,新鲜全血应在采集后立即处理。然而,在时间受限的情况下,立即处理可能带来后勤上的挑战。此外,当需要在较长时间内采集大量样本,或在远离处理中心的地点采样时,新鲜血液样本的储存可能成为一个限制因素3,4。
此外,为了能够在同一个个体/患者中重复进行微核(MN)分析,冷冻保存血液样本将具有重要意义。将淋巴细胞保存以用于后续CBMN检测的一种方法是冷冻分离后的外周血单个核细胞(PBMCs)5,6。然而,该技术在冷冻PBMCs之前需要多个处理步骤。因此,全血的冷冻保存可作为分离PBMCs冷冻保存的一种简便且省时的替代方法。目前关于使用冷冻全血进行细胞遗传学检测或需要淋巴细胞增殖的检测的相关信息较少。仅有一篇文献报道了使用冷冻保存的全血进行中期相分析7。
由于全血的冷冻保存在生物监测、生物剂量测定和放射敏感性评估领域具有诸多优势,我们课题组优化了一种全血冷冻保存方案,可用于微核实验(CBMN assay)8。我们证实,冻存全血培养物中的淋巴细胞至少在一年内仍保持其基因组完整性和增殖能力。在本方法学论文中,我们详细描述了由Beyls等人8优化的全血冷冻保存程序及CBMN实验方案,并报告了30名健康个体冻存血液样本的实验结果。在进行CBMN实验时,对血液培养物进行体外(in vitro)照射,照射剂量分别为0.5、1和2 Gy,以评估冻存全血样本中淋巴细胞的微核反应。
本研究通过静脉穿刺采集了30名年龄在17至65岁之间的健康献血者的血液样本。其中20名献血者的微核(MN)数据重新使用自Beyls等人的论文8。血液样本的采集符合比利时根特大学医院伦理委员会的指南(注册编号:2019/1565)。所有参与者均签署了书面知情同意书。有关本实验方案中使用的所有材料和试剂的详细信息,请参见材料表。
1. 血液样本的采集
2. 全血的冷冻保存
注意:从开始到细胞收获的所有步骤均须在无菌层流通风柜中以无菌操作进行。
3. 冻存血液的解冻
注意:为缩短解冻过程的总时间,每次处理的冻存管不应超过8支(每支2 mL)。

图 1:微核试验中用于培养全血的24孔板建议布局。 对孔位进行标记,并在盖子的相应位置标明供体编号。每个患者样本应设置两个相邻的重复孔。请注意,此布局基于10×10准直器设计,可根据准直器或样本的实际尺寸进行调整。请点击此处查看该图的放大版本。
4. G0 MN 检测
5. 吖啶橙(AO)染色
6. 染色切片评分
为验证该方案的可重复性,我们对30名年龄在17至65岁之间的健康志愿者的冷冻保存血液样本进行了微核试验。该组人群的平均年龄为35岁,冷冻保存时间范围为1周至154周。将全血细胞培养物暴露于不同辐射剂量(0.5、1和2 Gy)后,在显微镜下检测1,000个双核细胞中的微核产率。形态良好、呈圆形的双核细胞(如图2所示)表明已成功从冷冻保存的全血样本中复苏出健康且具有活力的细胞。值得注意的是,淋巴细胞在超低温(液氮)长期保存后,其辐射反应仍保持稳定。该观察结果与新鲜血液样本所预期的反应一致。

图2:从一年前冷冻保存的全血样本中获取的双核细胞中观察到的微核。(A)放大倍数200倍,(B)放大倍数400倍;箭头指向微核(MNs)。比例尺 = 50 µm。请点击此处查看该图的高清版本。
随着辐射剂量的增加(0.5、1 和 2 Gy),观察到微核产率呈线性-二次方增长(表1 和 图3)。假照射对照样品(0 Gy)中的微核产率代表了主要由滞后染色体引起的背景微核水平。
| 剂量 (Gy) | 0 | 0.5 | 1 | 2 |
| 平均值 | 18 | 107 | 247 | 601 |
| 标准差 | 10.8 | 23.9 | 53.3 | 101.1 |
| 变异系数 (%) | 59.9 | 22.3 | 21.6 | 16.8 |
| 范围 | 5-41 | 62-140 | 139-324 | 395-755 |
表1:30名健康供体冻存全血样本中微核得率的平均值、变化范围及变异系数,反映个体间差异。缩写:CV = 变异系数;SD = 标准差。

图3:30名供体的对照组与辐照冷冻保存全血样本中观察到的微核率。 冷冻保存时间范围为1周至154周。散点图显示个体数值,聚类中的线条表示该组的均值 ± 标准差(Mean ± SD)。缩写:MN = 微核;BN = 双核细胞。请点击此处查看该图的高清版本。
为了研究个体间微核(MN)产出量的差异,计算了变异系数(CV)(见表1)。对于辐射诱导的微核,在所有剂量(0.5、1 和 2 Gy)下均获得 CV < 25%,表明该改良方案具有良好的可重复性。
改进后的CBMN检测应用方案是一种相对简便且便于批量保存血液样本的方法。该流程详细说明了在冷冻保存及进行CBMN检测过程中需要特别注意的各项细微而重要的操作细节。其他实验室常规使用的冷冻混合液通常含有10%的DMSO,而本方案中使用的冷冻混合液包含20% DMSO和80% FCS7。由于该冷冻混合液与全血样本以等体积混合,最终DMSO浓度仍为10%。为了提高细胞存活率并促进细胞分裂,我们在完全培养基(cRPMI)中添加了1%的丙酮酸钠和0.1%的β-巯基乙醇。这一配制方法遵循本研究团队建立的细胞培养方案6,8。
尽管本方案未能完全解决解冻过程中细胞结团的问题,但细胞分散效果优于其他常规方案。在洗涤步骤中,与直接快速加入培养基复苏细胞相比,逐滴加入预热的PBS(37 °C)可获得更好的结果。该改进有助于降低细胞应激反应,减少细胞结团,并已证实可实现较高的细胞回收率。此外,使用PBS与RPMI相比,细胞活力未见明显差异。本研究团队已验证,无论是辐照还是未辐照样本,冻存时间长短(最长至1年)均不会影响微核(MN)的产出量6,8。研究表明,外周血单个核细胞(PBMCs)在低温(液氮)下逐步冷冻,解冻时逐步加入预热培养基,可实现良好的细胞活力和增殖能力10,11。研究人员已证实,解冻全血中T淋巴细胞亚群的分布与解冻PBMCs中的分布具有可比性12。此外,已有研究证明,从冻存全血样本中回收的细胞亚型与新鲜全血样本中观察到的细胞亚型相似13,14。
如果我们考察报告中获得的指示性结果,会发现其随剂量呈线性二次增长图3) 与其他关于线性能量传递(LET)诱导微核的文献报道一致15,16在冻存全血样本中观察到的MN产量的变异性(表1) 在新鲜全血培养物报道的范围内8,17,18此处详细描述的方案已在20名健康志愿者的新鲜和冻存全血样本上得到验证8核分裂指数(NDI),是该报告中观察到的细胞增殖的重要参数8 与新鲜全血建议值一致19,20综上所述,这种优化的全血冷冻保存方案与改良的微核试验相结合,可获得更高的细胞得率,因此推荐采用该方案进行辐射敏感性评估。由于该方案的可重复性已得到验证8建议其适用于大规模、多中心研究。
作者声明无任何利益冲突。
作者谨此感谢 L. Pieters、T. Thiron 和 G. De Smet 提供的技术支持。我们感谢所有为本研究捐献血液的志愿者。本研究工作获得了佛兰德研究基金会(FWO)资助(项目编号:T000118N)的经费支持。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 15 mL 离心管 | Greiner | 188271 | |
| 24孔细胞悬浮培养板 | VWR | 734-2779 | |
| 96% 乙醇 | ChemLab | CL00.1807.2500 | |
| 乙酸 | Merck life science | 8,18,75,52,500 | |
| 吖啶橙 | Merck life science | 235474-5g | |
| CaCl2 | Merck life science | C5670-100g | |
| 盖玻片 | VWR | 631-1365 | 22 x 50 |
| 冻存盒(Mr.Frosty) | Nalgene, Sigma Aldrich | ||
| 2 ml 冻存管 | Novolab | A04573 | |
| 细胞松弛素B | Merck life science | C6762-10 | 10 mg |
| 二甲基亚砜(DMSO) | Merck life science | D4540-500ml | |
| 胎牛血清(FCS) | Thermo Fischer scientific | 10270-106 | |
| 固定液1 | 甲醇/乙酸/林格液,按4:1:5比例混合 | ||
| 固定液2 | 甲醇/乙酸,按4:1比例混合 | ||
| GURR缓冲液 | Thermo Fischer scientific | 10582013 | 磷酸盐缓冲液(pH 6.8) |
| KCl | Merck life science | 1,04,93,60,250 | 75 mM |
| KH2PO4 | Merck life science | 1,04,87,30,250 | |
| 锂肝素管 | BD Life sciences | 367526-LH170 I.U. | BD Vacutainer |
| 甲醇 | fisher scinetific | M/4000/17 | |
| Na2HPO2 | Merck life science | 10,65,80,500 | |
| NaCl | Merck life science | S7653-1kg | |
| 载玻片 | VWR | MENZAA00000112E04 | |
| 青霉素/链霉素 | Thermo Fischer scientific | 15140-122 | 10,000 U/mL + 10,000 µg/mL |
| 植物血凝素(PHA-M) | Thermo Fischer scientific | 10576-015 | |
| 林格液 | 含 NaCl、KCl、CaCl2 ,溶于蒸馏水中 | ||
| RPMI-1640 | Thermo Fischer scientific | 52400041 | |
| 硅橡胶密封胶 | collall | CF-100 | |
| 丙酮酸钠 | Thermo Fischer scientific | 11360039 | |
| 无菌预温PBS(37 °C) | 含 NaCl, Na2HPO2, KH2PO4,溶于蒸馏水中 | ||
| β-巯基乙醇 | Thermo Fischer scientific | 31350-010 |