De twee meest betrouwbare methoden voor het identificeren van straling-geïnduceerde stabiele inter-chromosomale afwijkingen zijn multiple fluorescentie in situ hybridisatie (mFISH), die het mogelijk maakt om twee of meer chromosomen gelijktijdig te kleuren, en spectraal karyotypering (SKY), die een aparte kleur geeft aan elk homoloog chromosoombeslag in het genoom. In tegenstelling tot onstabiele afwijkingen, zijn stabiele afwijkingen van persistente aard en kunnen ze voor meerdere generaties worden overgedragen in bestraalde populaties1, en worden ze beschouwd als kritische moleculaire "handtekeningen" van door straling geïnduceerde cytogenetische laesies2. Studies van verschillende groepen hebben aangetoond dat stabiele afwijkingen geassocieerd zijn met de pathogenese en ontwikkeling van een aantal ziekten, inclusief kanker3. Voor de era van chromosoombeschildering (ook wel moleculaire cytogenetica genoemd), was de conventionele G-banding techniek de enige methode voor het detecteren van stabiele chromosomale afwijkingen. Echter, chromosoombeschildering is een uitdaging voor cytogenetici omdat de resolutie beperkt is, de reproduceerbaarheid onzeker is, het een arbeidsintensieve procedure is, en het vereist hoog gekwalificeerde en ervaren cytogenetici voor betrouwbare data-interpretatie4. Bovendien, staat de klassieke banding techniek de detectie niet toe van complexe chromosomale herschikkingen, die de interactie van drie of meer breuken omvatten die verdeeld zijn over twee of meer chromosomen, een veelvoorkomend resultaat van stralingsschade. Complexe afwijkingen kunnen bij individuen vele jaren na stralingsblootstelling aanhouden, waardoor ze bruikbaar zijn voor retrospecieve biodosimetrie5. Daarom, was een alternatieve aanpak vereist om de beperkingen van conventionele bandingtechnieken te overwinnen voor het detecteren van stabiele chromosomale herschikkingen.
In de late jaren 1960, startte het pionierswerk van Gall en Pardue (1969) over moleculaire hybridisatie met behulp van nucleïnezuur sondes gelabeld met radioactief materiaal een nieuwe era in het gebied van cytogenetica, die de detectie van een specifiek DNA-sequentie op chromosomen mogelijk maakte6. Echter, het gebruik van radioactieve sondes voor moleculaire hybridisatie had verschillende nadelen: radioactieve sondes zijn relatief onstabiel, de sondeactiviteit is afhankelijk van de radioactieve verval van het gebruikte isotoop, hybridisatie duurt langer, de resolutie is beperkt, de sondes zijn relatief duur, en de radioactieve materialen zijn een gevaar voor de gezondheid. Daarom werd het noodzakelijk om niet-radioactieve sondes te ontwikkelen en te ontwerpen. De introductie van fluorescente gelabelde nucleïnezuur sondes in de jaren 1980 en 1990 overwon de beperkingen van radioactieve sondes en verbeterde de veiligheid, gevoeligheid en specificiteit van de hybridisatietechniek aanzienlijk7-10. Fluorescente sondes geven aanleiding tot extreem heldere signalen wanneer ze worden waargenomen onder fluorescentiemicroscopen uitgerust met de juiste excitatie- en emissiefilters. Elke verlies, winst of herschikking van fluorescent gelabelde chromosoombeslag/en of een deel van het chromosoom is gemakkelijk identificeerbaar met deze FISH-techniek.
Analyse van chromosomale afwijkingen door FISH schilderen heeft geleid tot aanzienlijke vooruitgang in cytogenetisch onderzoek door de jaren heen. Het ontwerpen van fluorescent gelabelde sondes voor specifieke toepassingen variërend van locus-specifieke sondes tot hele-chromosoom schilderende sondes heeft het veld aanzienlijk gevorderd; dit heeft ook de detectie van submicroscopische ("cryptische") herschikking mogelijk gemaakt, wat niet mogelijk was door conventionele chromosoombeschildering. Chromosoombeschildering door mFISH en SKY hebben zich bewezen als waardevolle hulpmiddelen voor de identificatie van eenvoudige en complexe inter-chromosomale herschikkingen. De basisprincipes voor beide technieken zijn vergelijkbaar, maar de methode van detectie en discriminatie van fluorescent signaal na in situ hybridisatie en het proces van beeldverwerving zijn anders. In mFISH, worden aparte beelden van elk van de vier fluorochromen vastgelegd door gebruik te maken van nauwkeurige bandpass microscoopfilters; gespecialiseerde software wordt dan gebruikt om de beelden te combineren. Terwijl in SKY, beeldverwerving gebaseerd is op een combinatie van epifluorescentie microscopie, charge-coupled device beeldvorming, en Fourier spectroscopie, wat de meting van het gehele emissiespectrum mogelijk maakt met een enkele blootstelling op alle beeldpunten. In zowel mFISH als SKY, worden monochrome beelden onafhankelijk vastgelegd, vervolgens samengevoegd, en uiteindelijk worden unieke pseudo-kleuren toegewezen aan de chromosomen in monochrome beelden op basis van de specifieke kleurstof die aan elke fluorochroom sonde is gekoppeld.
De bijdrage van mFISH en SKY analyse in het gebied van stralingsbiologie is opmerkelijk, met name voor retrospectief dosisschatting van menselijke blootstelling aan IR (stralingsbiodosimetrie)11-14, risicoschatting van stralingskanker15, evenals detectie en risicoschatting van radiotherapie-gerelateerde secundaire kanker16. Een recente studie bij muizen heeft aangetoond dat een FISH-gebaseerde chromosoombeschilderingstechniek ook een belangrijk hulpmiddel is voor het evalueren van de effectiviteit van stralingsbescherming17. In de huidige studie, is het effect van totale lichaamsstraling blootstelling op de inductie van stabiele chromosomale afwijkingen in de beenmergcellen van muizen gedemonstreerd met behulp van mFISH en SKY technieken.