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Research Article
Anna E. Tseng1,2, Aoife O'Connell1, Aaron Benhamou1,3, Shivraj Yabaji1,2, Igor Kramnik1,2, Nicholas A. Crossland1,2,3, Emily Speranza4
1National Emerging Infectious Diseases Laboratories (NEIDL),Boston University, 2Department of Pathology and Laboratory Medicine,Boston University Chobanian and Avedisian School of Medicine, 3Department of Virology, Immunology and Microbiology,Boston University Chobanian and Avedisian School of Medicine, 4Florida Research and Innovation Center,Cleveland Clinic Foundation
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
여기에서는 상업적으로 이용 가능한 자동 조직 염색기를 활용하는 IBEX(Iterative Bleaching Extends Multiplicity) 방법의 적용과 티라마이드 신호 증폭 기반 시약 사용에 대한 최적화 고려 사항을 설명합니다.
IBEX(Iterative Bleaching Extends Multiplicity)는 고감도 티라마이드 신호 증폭(TSA) 기반 다라운드 형광 이미징 기술로, 반복적인 표백, 재염색 및 이미지 공동 등록을 통해 단일 조직 샘플에서 수많은 단백질 생체 분자를 자세히 검사할 수 있습니다. 고도로 다중화된 면역염색을 생성하기 위한 채택이 증가하고 있음에도 불구하고 핵심 시설에 배치하여 자동화된 방식으로 IBEX를 구현하면 처리량 증가, 재현성 및 실험실 직원의 전반적인 효율성 등 다양한 이점을 얻을 수 있습니다. 여기에서는 널리 활용되는 두 가지 자동 염색기 플랫폼에서 IBEX의 성공적인 적용을 시연하고 포르말린 고정, 파라핀 포매(FFPE) 조직 샘플에 대한 TSA 기반 반응을 사용하는 패널 설계에 대한 중요한 최적화 고려 사항에 대해 논의합니다. 여기에는 항체 개발 순서를 결정할 때 IBEX 패널 설계에 중요한 고려 사항인 항체-항원 회수 민감도를 테스트하는 방법론이 포함됩니다. 또한 시중에서 판매되는 전체 슬라이드 스캐너를 활용하는 다운스트림 이미징 접근법을 선보이고 상업적으로 이용 가능한 세포 표현형 분석을 사용하여 품질 정렬 및 분석을 보여줍니다. 이러한 방법론에 대한 자세한 설명과 함께 제공되는 비디오를 통해 우리는 IBEX의 다양성과 용이성을 강조하고 핵심 병리학 시설이 IBEX를 기존 자동 염색 플랫폼에 통합할 수 있는 실용적인 지침을 제공하는 것을 목표로 합니다.
IBEX(Iterative Bleaching Extends Multiplicity)는 고감도 TSA 기반 다라운드 형광 면역조직화학의 중요한 발전으로, 단일 조직 샘플 내에서 수많은 생체 분자를 상세하게 시각화하고 정량화할 수 있습니다. IBEX는 표백 및 재염색의 반복 주기를 사용함으로써 비교할 수 없는 깊이와 선명도로 복잡한 세포 환경을 검사할 수 있어 면역염색 및 다중화 이미징 분야에서 강력한 도구가 됩니다 1,2.
많은 학계, 정부 및 산업 기관은 정성적 및 정량적 형태분자 데이터 세트 생성을 목표로 하는 다양한 조직 기반 연구 방법론을 지원하는 데 전념하는 핵심 병리학 시설을 호스팅합니다. 이러한 코어는 연구실이 복잡하고 노동 집약적인 분자 병리학 프로세스를 아웃소싱하고 연구 설계, 분석 개발 및 데이터 해석에서 병리학자와 직접 상담할 수 있도록 하는 전문 조직 기반 서비스를 제공하는 중요한 리소스입니다. 일관성을 보장하고 실험 전반에 걸쳐 변동성을 줄이기 위해 이러한 핵심 시설은 높은 재현성과 효율성으로 표준화된 염색 프로토콜을 수행하도록 설계된 상업적으로 이용 가능한 자동 염색기 자동화 기기에 일상적으로 의존합니다3.
자동 염색기는 핵심 시설에서 면역염색의 중추가 되어 높은 처리량과 일관된 결과를 가능하게 했지만 아직 IBEX와 같은 최신 발전을 수용하도록 조정되지 않았습니다. 또한, 특히 티라마이드 신호 증폭(TSA) 기반 시약을 사용할 때 패널 설계에 대한 전문 지식의 필요성4은 복잡성을 추가하여 일상적인 연구 워크플로에서 IBEX의 광범위한 채택을 제한합니다. 결과적으로 IBEX의 고해상도 다중화 이미징 기능을 활용하려는 연구원은 핵심 시설의 기존 장비로 인해 제한되는 경우가 많습니다. 혁신적인 이미징 기술과 핵심 시설 운영의 실제 현실 사이의 이러한 격차는 학술 연구에서 IBEX를 광범위하게 채택하는 데 장벽을 강조합니다. 이 연구는 포르말린 고정 파라핀 포매(FFPE) 조직을 사용하는 TSA 기반 시약의 사용에 초점을 맞춰 일반적인 자동 염색기 플랫폼에서 IBEX의 성공적인 적용을 시연함으로써 이러한 장벽을 해결하는 것을 목표로 합니다. 먼저 TSA 기반 염료를 사용하여 IBEX 패널을 구축하는 데 필요한 단계와 이러한 패널을 상업적으로 이용 가능한 두 가지 다른 자동 염색기에 적용하는 방법에 대해 설명합니다. 이는 항체-항원 검색 민감도 테스트에 대한 실용적인 지침을 제공하고, 패널 설계 최적화를 위한 주요 고려 사항에 대해 논의하고, 핵심 병리학 실험실을 통해 사용 가능한 상용 소프트웨어를 사용하여 패널 정렬을 위한 대체 방법을 제공합니다.
1. TSA 기반 염료를 사용한 IBEX 패널 구축
참고: 항상 항체 및 염료의 신선한 제제를 사용하고 사용하지 않을 때는 4°C에서 보관하십시오.
2. TSA 시약 및 전체 슬라이드 이미징 플랫폼을 사용하는 자동 염색기를 사용한 IBEX 적응(그림 3)
참고: 이 프로토콜에서 사용 및 논의된 두 가지 검증된 자동 염색제의 비교는 표 4를 참조하십시오.
3. 시중에서 판매되는 소프트웨어를 사용한 샘플 분석
Autostainer 2에서 TSA 기반 시약을 사용하는 IBEX 패널의 예를 제공합니다(그림 4). 각 마커는 명확하게 묘사할 수 있으며 마커 사이의 출혈이 최소화됩니다. 이미지는 두 차례의 염색을 통해 수집되었습니다. 샘플은 결핵균 감염 후 폐 조직입니다. 두 개의 IBEX 염색 패널은 시중에서 판매되는 예제 소프트웨어를 사용하여 정렬되었습니다. 최적화된 TSA 시약(여기에 설명된 대로)과 함께 IBEX 접근법을 사용하면 면역 세포, 염증 표지자 및 특수 폐 세포의 공간 조직을 보고 감상할 수 있습니다. 적절한 최적화를 통해 최소한의 배경으로 마커를 쉽게 나타낼 수 있습니다.

그림 1: 두 가지 다른 항원의 520nm 방출을 가진 형광단을 사용한 항원 검색 테스트. RAGE 및 CD3e는 보존된 노출 시간을 사용하여 이미지화되었습니다. 이 RAGE 항체의 에피토프는 매우 민감하고 반복적인 항원 회수에 취약하며 후속 항원 회수로 분석 민감도가 급격히 떨어집니다. 반대로, CD3e 분석 감도는 여러 차례의 항원 회수로 향상됩니다. 스케일 바 = 50 μm. 약어: RAGE = 진행성 당화 최종 산물에 대한 수용체. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 우산 효과와 관련하여 서열 개발의 중요성에 대한 예. RAGE는 AT1 세포에서 고도로 발현되는 마커이며 CD31과 함께 SARS-CoV-2 면역 반응성을 효과적으로 차단합니다. 그러나 SARS-CoV-2 IHC를 먼저 수행하면 신호를 모두 시각화할 수 있습니다. 스케일 바 = 25μm. 약어: RAGE = 진행성 당화 최종 산물에 대한 수용체; AT1 = 폐포 유형 1; SARS-CoV-2 = 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2; IHC = 면역조직화학. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: IBEX 프로토콜에 자동 염색 장비를 사용한 프로세스 개요. 조직이 건조되는 것을 방지하기 위해 염색 공정의 라운드 2 이상을 위한 습식 마운팅. 약어: IBEX = 반복적 표백은 다중성을 확장합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 결핵균에 감염된 폐에 대한 자가염색제 2의 TSA 기반 염료를 사용한 IBEX의 예. 패널 1에는 모든 염료가 포함되어 있고 패널 2에는 표백이 가능한 염료가 포함되어 있습니다. 폐 이미지의 전체 IBEX에 걸쳐 모든 채널의 병합된 이미지가 표시됩니다. 스케일 바 = 200μm. 약어: IBEX = 반복 표백은 다중성을 확장합니다. TSA = 티라마이드 신호 증폭. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1: 1, 3 및 6 사이클 테스트를 위해 항체에 대한 사이클 번호의 효과를 검증하기 위한 예제 프로토콜. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 2: 패널 검증을 위한 IBEX 자가염색기에 대한 5개의 항체가 있는 예 패널 1. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 3: 패널 검증을 위한 IBEX 자가염색기에 대한 4개의 항체가 있는 예제 패널 2. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 4: 두 자동 염색기의 비교. Ventana Autostainer와 Bond Rx의 장단점을 요약한 표입니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 5: 이미지 분석을 위한 소프트웨어 요약. 분할 후 이미지 분석에 사용할 수 있는 일부 분석 접근 방식 및 소프트웨어 도구를 요약한 표입니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.
여기에서는 상업적으로 이용 가능한 자동 조직 염색기를 활용하는 IBEX(Iterative Bleaching Extends Multiplicity) 방법의 적용과 티라마이드 신호 증폭 기반 시약 사용에 대한 최적화 고려 사항을 설명합니다.
Emily Speranza는 Cleveland Clinic Foundation의 창업 자금의 지원을 받습니다. 이 작업은 NIH SIG 보조금(NAC에 대한 S10OD026983 및 S10OD030269)에서 획득한 도구를 활용했습니다.
| 염색 시약 Alexa TSA 키트 | 서모피셔 | 오팔 현미경 필터가 없으면 대체 TSA 염료를 사용할 수 있습니다. 여기에는 Alexa Fluor 488(청록색 채널), Alexa Fluor 555 또는 568(빨간 채널), Alexa Fluor 647(원적색 채널), Alexa Fluor 750(적절한 필터가 장착된 경우 근적외선)이 포함됩니다. | |
| 항체< br/> Arg1 | 세포 신호 전달 | 93668 | 그림 4 1:100에서 사용 |
| 재료< > 블레이드 | 라이카 바이오시스템 | 또는 유사하게 조직 유형에 따라 높거나 낮은 프로필이 달라집니다 | |
| 항체 CD11b | 앱캠 | ab133357 | 그림 4 1:2000에서 사용 |
| 항체 CD163 | 앱캠 | AB182422 | 그림 4 1:500에서 사용 |
| 항체 CD31 | 세포 신호 전달 | 77699S | 그림 2 1:100에서 사용 |
| 항체 CD3e | 다코 | A045201-2 | 그림 1 1:100에서 사용 |
| 도구 코플린 병 | 피셔 사이언티브 | 01-816-21 | 혹은 비슷한 경우도 있습니다 |
| 재료 커버슬립 | VWR | V48393-026 | 혹은 비슷한 경우도 있습니다 |
| 항체 CX3CR1 | 앱캠 | AB308613 | 그림 4 1:450에서 사용 |
| 스테인 DAPI | 아코야 | FP1490 | |
| 소프트웨어< bri/> FIJI | 신호 강도 측정에 사용됨 | ||
| 슬라이드<브래/> 피셔 슈퍼프론트 슬라이드 | 피셔 사이언티브 | 22-037-246 | 혹은 비슷한 경우도 있습니다 |
| 소프트웨어 HALO | 인디카 연구소 | 시판 중인 이미지 분석 소프트웨어 예시. 이미지를 정렬하고 분석하는 데 사용되었습니다. | |
| 항체 Iba1 | 세포 신호 전달 | 17191 | 그림 4 1:800에서 사용됨 |
| Software inForm | 아코야 | 신호 강도 측정에 사용됨 | |
| 항체 iNOS | 앱캠 | AB283655 | 그림 4 1:400에서 사용 |
| 기기 라이카 본드 Rx (또는 RXm) | 라이카 바이오시스템 | 21.2201 | 본문에서는 "오토스테이너 1"로 언급됩니다. 염색 상자와 대량 정액을 포함한 모든 관련 시약도 준비되어 있는지 확인하세요. |
| 시약 LiBH4 | 시그마-올드리치 | 62460-5G-F | 무수물 환경에서 보관하세요 |
| 악기 만트라 스냅 | 아코야 | 염료를 분리하기 위해서는 다중 분광 플로러센트 현미경이 필요합니다. 오팔 염료를 감지하는 데 사용할 수 있는 현미경 예시입니다. | |
| 도구 미크토임 | 라이카 바이오시스템 | 또는 브러시 같은 선호하는 액세서리로 비슷한 것도 가능합니다 | |
| 염색 시약 Opal IHC 480 키트 | 아코야 | FP1500001KT | 그림 4에서 사용됨 |
| 스테인닝 시약 Opal IHC 6-plex Plex 키트 | 아코야 | NEL821001KT | 520과 620은 표백하지 않으며, 그림 1, 2, 4에서 사용된다 |
| 염색 시약 오팔 IHC 780 키트 | 아코야 | FP1501001KT | 그림 4에서 사용됨 |
| 툴<브러/> 오븐 | 밀리포어 시그마 | Z683329 | 또는 비슷한 방식으로, 오토스테이너에서도 가능합니다 |
| 항체 판사이토케라틴 | 앱캠 | AB9377 | 그림 4 1:50에서 사용 |
| 시약 PBS (선택 사항) | 피셔 사이언티브 | AAJ61196AP | |
| 인스<브르/> 페노이미저 | 아코야 | 소프트웨어에 포함된 온보드 스펙트럼 언믹싱을 포함한 다중 스펙트럼 전체 슬라이드 영상 | |
| 시약 프로롱 골드 안티페이드 | 피셔 사이언티브 | P36961 | 또는 유사한 수성 매체 |
| 항체 ProSP-C n-말단 (ProSPC) | 세븐 힐스 바이오리시약 | WRAB-9337 | 그림 4 1:250에서 사용 |
| 항체< > 분노 | R& D | MAB1179 | 그림 1과 2에서 1:50에서 사용 |
| 시약< br/> 반응 버퍼 | 로슈 | NC1895692 | 벤타나 오토스테이너와 함께 사용하기 |
| 항체 SARS-CoV-2-N | 세포 신호 전달 | 68344 | 그림 2 1:1000에서 사용 |
| 슬라이드 TOMO 부착 CC 현미경 슬라이드-WH | 아반틱 | SKUSL6519-1 | 조직 부착이 걱정된다면 |
| 인스트루먼트 벤타나 디스커버리 울트라 | 로슈 | 본문에서는 "오토스테이너 2"라고 불립니다. 염색 상자와 대량 정액을 포함한 모든 관련 시약도 준비되어 있는지 확인하세요. | |
| 시약 세척 버퍼 | 라이카 바이오시스템 | AR9590 | 라이카 본드 오토스테이너와 함께 사용하기 |
| 시약 물 | 피셔 사이언티브 | 15-230-147 | DI가 가장 좋고, 밀리포어가 아닙니다 |
| 툴<브르/> 워터 배스 | 라이카 바이오시스템 | 140607020C1 | 혹은 비슷한 경우도 있습니다 |