$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Barwienie immunologiczne to popularna praktyka badawcza, która rozpoczęła się 130 lat temu od odkrycia przeciwciał w surowicy w 1890 roku przez Von Behringa1. Na początku XX wieku barwniki były przyłączane do antygenów, a później do przeciwciał jako sposób na ilościowe określenie i wizualizację reakcji1, a w 1941 roku Albert Coons opracował pierwsze fluorescencyjne etykiety przeciwciał, odkrycie, które zrewolucjonizowało mikroskopię świetlną2,3. Termin "barwienie immunologiczne" obejmuje wiele technik, które zostały opracowane przy użyciu tej zasady, w tym Western blot, cytometrię przepływową, ELISA, immunocytochemię i immunohistochemię3,4. Western blot wykrywa obecność określonych białek z ekstraktów tkankowych lub komórkowych5. Białka są rozdzielane według wielkości za pomocą elektroforezy żelowej, przenoszone do błony i sondowane za pomocą przeciwciał. Ta technika wskazuje na obecność białka i ilość białka; Nie ujawnia jednak żadnych informacji na temat lokalizacji białka w komórkach lub tkankach. Inna metoda, immunocytochemia (ICC), znakuje białka w komórkach, zazwyczaj komórkach hodowanych in vitro. ICC pokazuje zarówno ekspresję, jak i lokalizację białek w przedziałach komórkowych6. Aby wykryć i uwidocznić określone białko na poziomie tkanki, wykorzystuje się immunohistochemię (IHC).
IHC to metoda, której naukowcy używają do celowania w określone antygeny w tkance, wykorzystując właściwości chemiczne układu odpornościowego7,8. Poprzez generowanie specyficznych przeciwciał pierwszorzędowych i drugorzędowych połączonych z enzymem lub barwnikiem fluorescencyjnym, antygeny będące przedmiotem zainteresowania mogą być znakowane i ujawniane w większości tkanek (zgodnie z przeglądem w Mepham i Britten)9. Termin "immunohistochemia" sam w sobie nie określa metody znakowania, która jest stosowana w celu ujawnienia antygenu będącego przedmiotem zainteresowania; w związku z tym terminologia ta jest często łączona z techniką wykrywania, aby wyraźnie określić metodę znakowania: immunohistochemia chromogenna (CIH) w celu wskazania, kiedy przeciwciało drugorzędowe jest sprzężone z enzymem, takim jak peroksydaza; lub fluorescencyjny IHC w celu wskazania, kiedy przeciwciało drugorzędowe jest sprzężone z fluoroforem, takim jak izotiocyjanian fluoresceiny (FITC) lub tetrametylorodamina (TRITC). Selektywność IHC pozwala klinicystom i badaczom na wizualizację ekspresji i dystrybucji białek w tkankach, w różnych stanach zdrowia i choroby10. W sferze klinicznej IHC jest powszechnie stosowany do diagnozowania raka, a także do określania różnic w różnych typach raka. IHC był również używany do potwierdzania różnych rodzajów infekcji mikrobiologicznych w organizmie, takich jak wirusowe zapalenie wątroby typu B lub C11. W badaniach biomedycznych IHC jest często używany do mapowania ekspresji białek w tkankach i jest ważny w identyfikacji nieprawidłowych białek obserwowanych w stanach chorobowych. Na przykład neurodegeneracji często towarzyszy akumulacja nieprawidłowych białek w mózgu, takich jak blaszki αβ i splątki neurofibrylarne w chorobie Alzheimera. Modele zwierzęce są często opracowywane w celu naśladowania tych patologicznych stanów, a IHC jest jedną z metod używanych przez naukowców do lokalizowania i ilościowego określania interesujących białek10,12,13. Z kolei możemy dowiedzieć się więcej o przyczynach tych chorób i powikłaniach, które się z nimi wiążą.
Wykonywanie IHC składa się z wielu etapów. Najpierw pobiera się interesującą tkankę i przygotowuje ją do barwienia. Prawdopodobnie większość badaczy przygotowuje utrwalone próbki tkanek, przy czym perfuzja utrwalacza przez układ krążenia jest optymalna, ponieważ zachowuje morfologię14,15. Można również zastosować post-fixing próbek tkanek, ale może to dać wyniki dalekie od idealnych16. Utrwalacze sieciujące, takie jak formaldehyd, działają poprzez tworzenie wiązań chemicznych między białkami w tissue17. Utrwalona tkanka jest następnie cięta na bardzo cienkie warstwy lub skrawki za pomocą mikrotomu, przy czym wielu badaczy woli zbierać zamrożone skrawki za pomocą kriostatu. Stamtąd tkanka jest pobierana i albo montowana bezpośrednio na szkiełku mikroskopowym (metoda montowana na szkiełku), albo zawieszana w roztworze (metoda swobodnie pływająca), takim jak sól fizjologiczna buforowana fosforanami (PBS)18. Zastosowana metoda zbierania danych jest z góry określona w oparciu o potrzeby badacza, przy czym każda z tych dwóch metod ma swoje zalety i wady.
Metoda montowana na szkiełku jest zdecydowanie najczęściej stosowana, z ważną korzyścią jest to, że można przygotować bardzo cienkie odcinki (10-14 μm), co jest ważne, na przykład, do badania interakcji białko-białko. Obchodzenie się z próbką jest również ograniczone do minimum, co zmniejsza potencjalne uszkodzenia integralności strukturalnej tkanki19. Naukowcy często stosują tę technikę w przypadku świeżo zamrożonej tkanki (tkanki, która jest natychmiast zamrażana przy użyciu suchego lodu, izopentanu itp.), która jest bardzo delikatna w porównaniu z tkanką utrwaloną i należy zachować dużą ostrożność, aby zapobiec rozmrożeniu próbki. Kolejną zaletą stosowania sekcji montowanych na prowadnicach jest to, że zwykle nie są wymagane duże ilości roztworów do barwienia4. W ten sposób naukowcy mogą użyć mniejszej ilości drogich przeciwciał lub innych chemikaliów, aby uzupełnić barwienie. Dodatkowo możliwe jest zamontowanie na tym samym szkiełku przekrojów z kilku różnych grup eksperymentalnych, co może być korzystne, zwłaszcza podczas akwizycji obrazu. Z drugiej strony istnieją pewne wady stosowania odcinków montowanych na suwaku, w szczególności to, że wycinek tkanki jest przyklejony do szkiełka, ograniczając w ten sposób penetrację przeciwciał do jednej strony przekroju, co ogranicza grubość przekroju i reprezentację 3D tkanki. Może się również zdarzyć, że podczas płukania krawędzie tkanki i całe odcinki mogą oderwać się od szkiełka, co sprawi, że cały eksperyment stanie się bezużyteczny. Co więcej, IHC zwykle musi być wykonywane stosunkowo szybko przy użyciu podejścia montowanego na szkiełku, aby uniknąć degradacji epitopu antygenu 20,21 z nieprzetworzonymi szkiełkami zwykle przechowywanymi w temperaturze -20 lub -80 °C, często przykrytymi i przechowywanymi poziomo lub w pudełkach na slajdy, co skutkuje stosunkowo dużą powierzchnią magazynowania. Wreszcie, technika montażu na szkiełku może być również czasochłonna, jeśli badacze muszą obsługiwać dużą liczbę szkiełek w celu przetworzenia dużej liczby skrawków tkanki.
Ze względu na niektóre z tych wyzwań związanych z wykorzystaniem metody montowanej na suwaku, modyfikacja zwana metodą swobodną stała się popularną alternatywą. Technika ta pojawiła się w literaturze w latach 1960-7022,23,24, zyskując popularność w latach 8025,26,27,28,29i jest obecnie dobrze znaną metodą, która polega na wykonywaniu barwienia na zebranych odcinkach w zawieszeniu, a nie przyklejonym do suwaka12,30,31. Metoda swobodnego pływania nie jest zalecana, gdy skrawki tkanki są mniejsze niż 20 μm; Jednak z naszego doświadczenia wynika, że jest to podejście z wyboru, gdy mają być barwione grubsze (40-50 μm) odcinki. Jedną z wyraźnych korzyści jest to, że przeciwciała mogą przenikać do swobodnie unoszących się sekcji pod każdym kątem i generować mniej barwienia tła dzięki skuteczniejszemu myciu, co skutkuje lepszą sygnalizacją podczas obrazowania. Dodatkowo sekcje są montowane na szkiełkach po obróbce, eliminując w ten sposób możliwość oderwania się tkanki, a także skracając czas zajmowany przez kriostat. Metoda swobodnego pływania może być również znacznie mniej pracochłonna, zwłaszcza w przypadku badań biomedycznych na dużą skalę. Na przykład, możliwe jest barwienie wielu (18-40) odcinków tej samej próbki razem w tym samym dołku, co oszczędza czas podczas wykonywania zarówno etapów mycia, jak i inkubacji przeciwciał. Co więcej, ponieważ przy użyciu tego podejścia można zamontować większą liczbę (12-16) sekcji na jednym slajdzie, często wygodniej i szybciej jest badaczowi przeglądać i obrazować sekcje. Warto zauważyć, że podczas montażu plastrów tkanki na szkiełkach, sekcje mogą być mocowane i odłączane, aż do uzyskania pożądanej orientacji. Naukowcy często stosują również nieco niższe stężenia przeciwciał przy użyciu metody swobodnego pływania, a ponieważ inkubacje są wykonywane w probówkach do mikrowirówek, przeciwciała można łatwo zebrać i zakonserwować azydkiem sodu w celu ponownego użycia (patrz krok 5.1). Kolejną zaletą jest to, że skrawki mogą być bezpośrednio przechowywane w temperaturze -80 °C w małych probówkach do mikrowirówek z roztworem krioprotektantu32, minimalizując w ten sposób przestrzeń do przechowywania i maksymalizując żywotność próbek33. Wadą stosowania tej techniki jest to, że sekcje są często obsługiwane, a tym samym są podatne na uszkodzenia. Można to jednak złagodzić, stosując niskie prędkości wytrząsania i obracania, a także odpowiednio szkoląc badaczy w zakresie przenoszenia próbek i montowania sekcji na szkiełkach.
Podsumowując, IHC jest uznanym i niezbędnym narzędziem do wizualizacji i lokalizacji ekspresji białek zarówno w badaniach klinicznych, jak i biomedycznych. Swobodnie pływający IHC jest wydajną, elastyczną, a także ekonomiczną metodą, zwłaszcza przy wykonywaniu badań histologicznych na dużą skalę. W tym miejscu przedstawiamy niezawodny protokół fluorescencyjnego IHC dla społeczności naukowej, który można odpowiednio dostosować do chromogennego IHC i innych barwień, takich jak barwienie hematoksyliną i eozyną lub fioletem krezylowym.