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Hier stellen wir Überlegungen zur Anpassung des IBEX-Protokolls in zentrale Pathologieeinrichtungen durch den Einsatz automatisierter Färbegeräte und die Optimierung von TSA-basierten Reagenzien im IBEX-Protokoll vor. Wir zeigen, wie die wiederholten Runden der Antigengewinnung und des ordnungsgemäßen Ladens in Runde 2 oder höher auf die automatisierte Ausrüstung am besten optimiert werden können. Darüber hinaus demonstrieren wir eine zusätzliche Methode zur Durchführung der Ausrichtung mit der Halo-Software, die möglicherweise in den Kerneinrichtungen verfügbar ist. Diese Ansätze haben sich als nützlich erwiesen, um die Unterschiede in der Lungenumgebung in nicht-menschlichem Primatengewebe nach SARS-CoV-2-Infektionen zu bestimmen5.
Eine Schlüsselkomponente dieser Arbeit ist die Hervorhebung der Notwendigkeit einer umfassenden Optimierung des IBEX-Panel-Designs vor der Färbung von experimentellen Geweben. Insbesondere bei der Verwendung von TSA-basierten Reagenzien müssen einige Aspekte berücksichtigt werden, die bei den IBEX-Basismethoden nicht zu finden sind. Der erste ist der Einfluss mehrerer Runden der Antigen-Retrieval auf die Antikörpersensitivität. Bei TSA-basierten Reagenzien geht jeder neuen Antikörperentwicklung eine Antikörperdenaturierung voraus. Einige Antikörper/Antigen-Paare sind anfällig für zusätzliche Runden der Antigen-Retrieval und verringern die Assay-Sensitivität, während andere eine erhöhte Sensitivität durch wiederholte Denaturierung/Antigen-Retrieval erreichen. Eine sorgfältige Prüfung jedes Antikörpers im Zielgewebe vor dem Design der Panels ist wichtig, um die besten Färbepraktiken zu gewährleisten und die Sequenzreihenfolge sowohl der Antikörper als auch der Fluoreszenzfarbstoffe zu bestimmen. Puffer, darunter sowohl Citrat-basierte (pH 6,0) als auch Tris-EDTA-basierte (pH 9,0), werden auf alle Antikörper getestet, um die optimalen Bedingungen für die Antigen-Entnahme zu bestimmen. Dabei wird jeder Puffer systematisch bewertet, um festzustellen, welcher die Antigenexposition für einen bestimmten Antikörper maximiert. Darüber hinaus werden die Temperatur (z. B. 20-37 °C), die Inkubationszeit (typischerweise 30-60 min) und die Blockierungsbedingungen optimiert, um unspezifische Hintergrundfärbungen zu reduzieren und bei Bedarf eine spezifische Bindung der primären und sekundären Antikörper zu gewährleisten. Die Blockierung vor den primären und sekundären Antikörpern kann die Verwendung von kommerziell erhältlichen Blockierungsreagenzien umfassen, um gewebespezifische Autofluoreszenz oder unspezifische Wechselwirkungen zu berücksichtigen. Zu den weiteren wichtigen Überlegungen, die vor der Fertigstellung von IBEX-Panels optimiert werden müssen, gehört der Umbrella-Effekt, bei dem eine Abschirmung der Epitope auftreten kann, wenn die Reihenfolge nicht auf die jeweilige Forschungsfrage abgestimmt ist6. Um fluoreszierendes Durchbluten zu vermeiden, ist es typisch, höher exprimierende Antigenziele in dunkelrote Kanäle zu stecken, die das geringste Durchbluten und schwächere Marker im Bereich von 480-520 nm aufweisen, die das beste Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, da diese Fluoreszenzfarbstoffe die hellsten7 sind. Es sollte jedoch auf stark autofluoreszierende Gewebeproben geachtet werden, die in diesem Bereich am hellsten sein können. Wir empfehlen, dieses Problem durch Bildgebung von Gewebe ohne Farbstoffe zu lösen, um mögliche Mengen an Autofluoreszenz zu berücksichtigen. Zusammen mit allen normalen Optimierungen und Kontrollen, die typischerweise mit IBEX durchgeführt werden, können diese Optimierungsschritte das richtige Panel-Design für IBEX mit TSA-Reagenzien ermöglichen.
Bei dieser Methode haben wir die Verwendung von zwei gängigen Autostainern demonstriert. Diese Ansätze könnten aber auch auf andere Autostainer-Verfahren übertragen werden. Entscheidend ist dabei die optimale Entfernung von Deckgläsern und die Nassladung für zusätzliche Färberunden. Darüber hinaus geben wir keinen spezifischen Mikroskopaufbau an. Obwohl Kits die Verwendung mit bestimmten Bildgebungssystemen für eine optimale Objektträgerabtastung empfehlen können, sollte jedes Mikroskop-Setup, insbesondere ein Epifluoreszenzmikroskop mit kompatiblen Filterwürfeln und einer Breitband-LED-Lichtquelle, funktionieren. Einige Farbstoffe erfordern multispektrale Detektoren oder spezielle Filterwürfel, die möglicherweise nicht in allen Labors verfügbar sind und bei der Verwendung mit Standard-Filterwürfeln aufgrund ihrer spektralen Überlappung eine Herausforderung darstellen können. Diese Farbstoffe lassen sich mit multispektralen Bildgebungssystemen oder hochspezifischen Filtern besser trennen. Einige Fluorophore liegen außerhalb des Bereichs herkömmlicher Fernrotfilter (typischerweise ~700 nm) und erfordern einen speziellen Filterwürfel oder Detektor, der Nahinfrarotsignale erfassen kann. Spezielle Mikroskope werden mit diesen Filtern gebaut, aber es gibt auch Alternativen. Diese erfordern eine zusätzliche Optimierung, um zu bestimmen, wie sich die Farbstoffe in einer bestimmten Mikroskopkonfiguration verhalten.
Die multispektrale Entmischung wird für Multiplex-Fluoreszenz-IHC dringend empfohlen, insbesondere bei der Arbeit mit Geweben, die zu Autofluoreszenz neigen, da sie das wahre Signal effektiv vom Hintergrundrauschen trennt. Die Autofluoreszenz, die sich oft mit den Emissionsspektren häufig verwendeter Fluorophore überschneidet (insbesondere in Kanälen mit höheren Wellenlängen), kann bestimmte Signale verdecken oder stören, wodurch die Genauigkeit verringert wird. Die spektrale Entmischung entwirrt mathematisch überlappende Emissionsspektren, isoliert echte Fluoreszenzsignale und "bereinigt" unerwünschte Autofluoreszenz. Die spektrale Entmischung ist besonders wertvoll in IBEX-Arbeitsabläufen, bei denen es aufgrund des iterativen Charakters des Färbe- und Bildgebungsprozesses entscheidend ist, möglichst saubere Signale zu erzielen. In IBEX werden Signale aus mehreren Färberunden abgebildet, gebleicht und übereinander gestapelt, um ein Kompositbild zu erzeugen. Jede Autofluoreszenz oder jedes Durchschlagen, das in einer Runde unaufgelöst bleibt, kann sich durch die gestapelten Bilder ausbreiten, was die nachgelagerte Analyse erschwert und das Vertrauen in die Markerlokalisierung verringert. Die spektrale Entmischung isoliert effektiv echte Fluoreszenzsignale von der Hintergrund-Autofluoreszenz und sorgt so für eine sauberere und genauere Signaldetektion in jeder einzelnen Runde. Diese Signalklarheit ist entscheidend für die Erzeugung zuverlässiger Kompositbilder, bei denen mehrere Marker zusammen über Runden hinweg analysiert werden, was eine zuverlässige Phänotypisierung und räumliche Analyse ermöglicht. Die für dieses Protokoll verwendete Bildgebungsplattform verfügt über integrierte Entmischungsfunktionen, aber für die Kompatibilität mit anderen fluoreszierenden Ganzobjektträger-Bildgebungsplattformen sind mehr Entmischungsoptionen erforderlich.
Darüber hinaus ist eine Einschränkung dieser Arbeit die proprietäre Natur der Autostainer, da die zugehörigen Reagenzien und Waschpuffer für diese Systeme optimiert sind, die spezifischen Formulierungen jedoch nicht bekannt gegeben werden. Darüber hinaus haben wir uns ausschließlich auf eine kommerziell erhältliche Bildanalysesoftware für die Analyse von Ganzobjektträgern konzentriert und sind uns bewusst, dass die Kosten für Softwarelizenzen für einige Labore ein finanzielles Hindernis darstellen können. Zusätzliche Analysesoftware 8,9 und Optionen in R erscheinen vielversprechend; insbesondere die Bodenmiller-Gruppe10, die ein Paketset erstellt hat, das für Kerne optimal erscheint, da IMCDataAnalysis11 für den reproduzierbaren Arbeitsablauf bei der Downstream-Analyse von Multiplexbildern in R vorgesehen ist. Es sind jedoch zukünftige Anstrengungen erforderlich, um zugängliche und kostengünstige Alternativen für die IBEX-Analyse des gesamten Objektträgers zu entwickeln und zu charakterisieren, um eine breitere Akzeptanz in ressourcenbegrenzten Umgebungen zu gewährleisten. Darüber hinaus kann dieser Ansatz mit der Verwendung der Autostainer für IBEX für die traditionellere Färbung in IBEX angepasst werden, einschließlich mit fluoreszierenden konjugierten Primärantikörpern, oder mit Standard-Sekundärantikörpern ohne die TSA-basierten Farbstoffe, wenn das Gewebe von hoher Qualität und optimaler Fixierungszeit ist, um ein gutes Signal zu ermöglichen.
Insgesamt hoffen wir, dass diese Arbeit die Anwendung von TSA-basierter Multiplex-Fluoreszenz-IHC unter Verwendung routinemäßig eingesetzter Pathologie-Core-Facility-Geräte unterstützen wird, um IBEX in diesen Umgebungen breiter zu adaptieren. Diese Art der Anwendung unterstreicht die Vielseitigkeit des IBEX-Protokolls und demonstriert seine Nützlichkeit auch bei schwierigen Gewebeproben oder bei großen Chargenansätzen.