RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Ten eksperymentalny protokół opisuje i optymalizuje metodę barwienia metodą immunohistochemii multipleksowej (IHC), głównie poprzez optymalizację warunków inkubacji przeciwciał jednokanałowych i dostosowanie ustawień przeciwciał i kanałów do rozwiązania problemów autofluorescencji i przesłuchu kanałowego w tkankach raka płuc pochodzenia klinicznego.
Rak płuc jest główną przyczyną zachorowalności i śmiertelności związanej z nowotworami złośliwymi na całym świecie, a złożone mikrośrodowisko guza jest uważane za główną przyczynę zgonów u pacjentów z rakiem płuc. Złożoność mikrośrodowiska guza wymaga skutecznych metod zrozumienia relacji między komórkami w tkankach nowotworowych. Technika immunohistochemii multipleksowej (mIHC) stała się kluczowym narzędziem do wnioskowania o związku między ekspresją białek przed i za szlakami sygnałowymi w tkankach nowotworowych oraz opracowywania diagnoz klinicznych i planów leczenia. mIHC to wieloznakowa metoda barwienia immunofluorescencyjnego oparta na technologii wzmacniania sygnału tyraminy (TSA), która może jednocześnie wykrywać wiele cząsteczek docelowych na tej samej próbce wycinka tkanki w celu uzyskania różnej analizy koekspresji i kolokalizacji białek. W tym protokole eksperymentalnym zatopione w parafinie skrawki tkanki płaskonabłonkowego płuca pochodzenia klinicznego poddano wielopoziomowemu barwieniu immunohistochemicznemu. Optymalizując protokół eksperymentalny, uzyskano multipleksowe barwienie immunohistochemiczne znakowanych komórek docelowych i białek, rozwiązując problem autofluorescencji i przesłuchów kanałowych w tkankach płucnych. Ponadto barwienie immunohistochemiczne multipleksowe jest szeroko stosowane w eksperymentalnej walidacji wysokoprzepustowego sekwencjonowania związanego z nowotworem, w tym sekwencjonowania pojedynczych komórek, proteomiki i sekwencjonowania przestrzeni tkankowej, zapewniając intuicyjne i wizualne wyniki walidacji patologii.
Wzmacnianie sygnału tyramyny (TSA), które ma ponad 20-letnią historię, to klasa technik testowych, które wykorzystują peroksydazę chrzanową (HRP) do znakowania in situ o dużej gęstości docelowych antygenów i jest szeroko stosowana w testach immunoenzymatycznych (ELISA), hybrydyzacji in situ (ISH), immunohistochemii (IHC) i innych technikach wykrywania antygenów biologicznych, Znaczna poprawa czułości wykrywanego sygnału
Tradycyjne, jednoznacznikowe, immunofluorescencyjne metody barwienia mogą zabarwić tylko jeden, dwa, a w niektórych przypadkach trzy antygeny w tkankach, co jest głównym ograniczeniem w wydobywaniu bogatych informacji zawartych w skrawkach tkanek. Interpretacja wyników ilościowych często zależy od obserwacji wizualnej i dokładnej kwantyfikacji za pomocą oprogramowania do obrazowania, takiego jak ImageJ. Istnieją ograniczenia techniczne, takie jak ograniczenie gatunków przeciwciał, słabe sygnały znaczników fluorescencyjnych i nakładanie się kolorów barwników fluorescencyjnych (Tabela 1). Technika Opal multiplex IHC (mIHC) opiera się na wyprowadzeniu TSA, które umożliwia barwienie multipleksowe i znakowanie różnicowe więcej niż 7-9 antygenów na tym samym odcinku tkanki, bez ograniczeń co do pochodzenia przeciwciała pierwszorzędowego, ale wymaga wysokiej swoistości odpowiedniego przeciwciała przeciwko antygenowi. Procedura barwienia jest podobna do normalnego barwienia immunofluorescencyjnego, z wyjątkiem dwóch różnic: każda runda barwienia obejmuje użycie tylko jednego przeciwciała i dodaje się etap elucji przeciwciał. Przeciwciała związane z antygenem wiązaniami niekowalencyjnymi można usunąć przez elucję mikrofalową, ale sygnał fluorescencyjny TSA związany z powierzchnią antygenu wiązaniami kowalencyjnymi jest zachowywany.
Aktywowane cząsteczki tyraminy (T) znakowane barwnikiem są wysoce wzbogacone w antygen docelowy, co pozwala na skuteczne wzmocnienie sygnału fluorescencyjnego. Pozwala to na bezpośrednie znakowanie antygenu bez ingerencji przeciwciał, a następnie można uzyskać wielokolorowe znakowanie po wielu cyklach barwienia8,9,10 (
mfIHC obejmuje głównie akwizycję obrazów i analizę danych. Jeśli chodzi o akwizycję obrazu, wielobarwne, złożone próbki barwione muszą być wykrywane za pomocą profesjonalnego sprzętu do obrazowania spektralnego, aby zidentyfikować różne mieszane sygnały kolorystyczne i uzyskać obrazy o wysokim stosunku sygnału do szumu bez zakłóceń spowodowanych autofluorescencją tkanek. Obecny sprzęt do obrazowania spektralnego obejmuje głównie spektralne mikroskopy konfokalne i wielospektralne systemy obrazowania tkanek. Wielospektralny system obrazowania tkanek jest profesjonalnym systemem obrazowania przeznaczonym do analizy ilościowej skrawków tkanek, a jego najważniejszą cechą jest pozyskiwanie informacji spektralnych obrazu, które dostarczają zarówno informacji o strukturze morfologicznej, jak i mapowaniu optycznym próbek tkanek biologicznych13,14. Każdy piksel na obrazie widmowym zawiera pełną krzywą spektralną, a każdy barwnik (w tym autofluorescencja) ma odpowiadające mu widmo charakterystyczne, co umożliwia pełne zarejestrowanie i dokładną identyfikację mieszanych i nakładających się na siebie sygnałów wieloetykietowych.
Pod względem analizy danych, próbki znakowane wielokolorowo są niezwykle skomplikowane ze względu na strukturę morfologiczną i komórki składowe próbek tkanek. Zwykłe oprogramowanie nie jest w stanie automatycznie zidentyfikować różnych typów tkanek. W związku z tym inteligentne oprogramowanie do ilościowej analizy tkanek jest wykorzystywane do ilościowej analizy ekspresji antygenu w określonych regionach15,16,17,18.
Przede wszystkim, wieloznakowe barwienie immunofluorescencyjne połączone z technologią obrazowania wielospektralnego i ilościowej analizy patologicznej ma zalety dużej liczby celów wykrywania, skutecznego barwienia i dokładnej analizy, a zatem może znacznie poprawić dokładność analizy histomorfologicznej, ujawnić przestrzenne relacje między białkami z rozdzielczością na poziomie komórkowym oraz pomóc w wydobyciu bogatszych i bardziej wiarygodnych informacji z sekcji tkanek samples19 (Tabela 1).
Protokół jest zatwierdzony przez wytyczne Komitetu Etyki Szpitala Zachodniochińskiego, Uniwersytet Syczuański, Chiny. Próbki tkanki raka płuc zostały pobrane podczas operacji w Centrum Raka Płuc w Szpitalu Zachodniochińskim i uzyskano świadomą zgodę od każdego pacjenta.
1. Przygotowanie sekcji tkanek
2. Optymalizacja przeciwciał pierwszorzędowych
UWAGA: Konwencjonalne eksperymenty IHC zostały wykorzystane do określenia warunków inkubacji dla poszczególnych przeciwciał, głównie w tym stężenia przeciwciał i warunków naprawy antygenu. Zapoznaj się z warunkami w instrukcji obsługi przeciwciał.
3. metoda barwienia mIHC
UWAGA: Barwienie Opal mIHC jest jedną z dostępnych metod mIHC. W tym eksperymentalnym protokole 5-kolorowym, ponieważ każda próbka tkanki musi być wybarwiona czterema przeciwciałami, cztery inkubacje przeciwciał pierwotnych, inkubacje przeciwciał wtórnych i inkubacje chromogenne wzmacniające sygnał TSA, a także pięć uzupełnień antygenu. Na koniec wykonuje się barwienie 4'6-diamidyn-2-fenyloindolem (DAPI) i uszczelnianie antyfluorescencyjnym środkiem pękającym.
4. Ustaw kontrolę negatywną
5. W pełni automatyczne skanowanie preparatów tkankowych
UWAGA: Sprzęt używany do obrazowania spektralnego to w pełni zautomatyzowany wielospektralny analizator kwantyfikacji tkanek, a obrazowanie i wizualizacja analizy 5-kolorowych preparatów może być wykonywana przy użyciu systemu referencyjnego (patrz Tabela materiałów). System wykorzystuje obrazowanie wielospektralne do ilościowego rozmieszania wielu fluoroforów i autofluorescencji tkankowej.
6. Analiza fluorescencji
Zoptymalizowaliśmy schemat dopasowania pierwszorzędowego przeciwciała CD8 i fluoroforów. Oba zestawy wyników fluorescencji odpowiadały dokładnie tym samym warunkom inkubacji przeciwciał w grupie eksperymentalnej, z wyjątkiem zmiany w fluoroforze dopasowanym do przeciwciała. Jak pokazano w Rysunek 2, zaobserwowano istotną różnicę w dopasowaniu kanałów limfocytów T CD8 + z fluoroforem 480 i fluoroforem 690. Kanał z fluoroforem 690 wykazuje niezwykle silne tło fluorescencyjne - duży obszar czerwonej nieregularnej fluorescencji w żółtym okręgu pokazuje kolor, co powoduje dużą interferencję w analizie lokalizacji limfocytów T CD8 + (Rysunek 2C, D). Jednak kanał z fluoroforem 480 wykazuje bardzo specyficzną dodatniość błony komórkowej CD8 i brak tła fluorescencyjnego. Tak więc żółte kółka pokazują bardzo wyraźną dodatnią błonę komórkową (Rysunek 2A), co w pełni ilustruje znaczenie dopasowania przeciwciał i kanałów fluorescencyjnych w tym protokole.
Zbadano rozmieszczenie makrofagów i cytotoksycznych limfocytów T w tkankach niedrobnokomórkowego raka płaskonabłonkowego płuc, a także zweryfikowano ekspresję charakterystycznego białka HMGCS1 w komórkach nowotworowych i odpornościowych. Jak pokazano w Rysunek 3, obrazy pochodzą z QuPath 0.3.2. Panel mIHC składał się z fluoroforów 480, 520, 620, 690 i DAPI, a odpowiadającymi im markerami przeciwciał były CK5/6, marker komórek raka płaskonabłonkowego płuc; CD8, marker limfocytów T; CD68, marker makrofagów; i HMGCS1, który jest specyficzny dla komórek nowotworowych osocOCZA. Makrofagi i limfocyty T CD8 + wykazywały silny naciek i były rozmieszczone wokół i wewnątrz ognisk raka płaskonabłonkowego, podczas gdy HMGCS1 ulegał szerokiej ekspresji w osoczu komórek raka płaskonabłonkowego, wykazując silną dodatniość komórek nowotworowych.

Rysunek 1: Przebieg procesu barwienia immunohistochemicznego multipleksu dla tkanki FFPE. Skrót: FFPE = utrwalony w formalinie i zatopiony w parafinie. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Optymalizacja protokołów dopasowywania dla CD8 i fluoroforów. Stwierdzono istotną różnicę w dopasowaniu kanałów limfocytów T CD8 + z fluoroforem 480 i fluoroforem 690. Podziałka = 50 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Zwielokrotnione barwienie immunohistochemiczne w raku płaskonabłonkowym płuca. Rozmieszczenie makrofagów i cytotoksycznych limfocytów T w tkankach niedrobnokomórkowego raka płaskonabłonkowego płuc oraz ekspresja charakterystycznego białka HMGCS1 w komórkach nowotworowych i komórkach odpornościowych. CK5/6 jest markerem komórek raka płaskonabłonkowego płuc; CD8 jest markerem limfocytów T; CD68 jest markerem makrofagów; a HMGCS1 jest specyficzny dla komórek plazmotycznych komórek nowotworowych. Podziałka = 50 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
| Technika immunohistochemii multipleksowej | Tradycyjna technika immunofluorescencji | |
| Liczba celów molekularnych | Nieograniczony (do 9 rodzajów barwienia jednocześnie, w tym DAPI) | Ogólne oznaczenie 3-4 rodzajów (w tym DAPI) |
| Akwizycja obrazu | Wysoka rozdzielczość barwienia i specyficzność barwienia, wzmocnienie sygnalizacji, duża intensywność sygnału, dłuższy czas wygaszania, brak efektu tła i znacznie wyższy stosunek sygnału do szumu w każdym miejscu docelowym. | Słaba jasność, łatwe gaszenie, wzajemne oddziaływanie różnych przeciwciał, wysokie tło |
| analiza danych | Specyficzność obszaru, segmentacja komórek, informacje przestrzenne pojedynczej komórki | Obserwacja gołym okiem i dokładna kwantyfikacja za pomocą ImageJ |
Tabela 1: Porównanie technologii immunofluorescencji Opal z wieloma znakami i tradycyjnej technologii immunofluorescencji.
Wszyscy autorzy deklarują, że nie występują konflikty interesów.
Ten eksperymentalny protokół opisuje i optymalizuje metodę barwienia metodą immunohistochemii multipleksowej (IHC), głównie poprzez optymalizację warunków inkubacji przeciwciał jednokanałowych i dostosowanie ustawień przeciwciał i kanałów do rozwiązania problemów autofluorescencji i przesłuchu kanałowego w tkankach raka płuc pochodzenia klinicznego.
Autorzy chcieliby podziękować członkom Instytutu Badań nad Patologią Kliniczną Szpitala Zachodniochińskiego, którzy przyczynili się do uzyskania technicznych wskazówek dotyczących jakości multipleksowej immunofluorescencji i przetwarzania IHC. Protokół ten był wspierany przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (82200078).
| Reodczynniki | Przeciwciało pierwszorzędowe|||
| Abcam | ab237709 | , 1/100, PH9 | |
| Anty-CD68 | Abcam | ab955 | Przeciwciało pierwszorzędowe, 1/300, PH9 |
| Anty-CK5/6 | Millipore | MAB1620 | Przeciwciało pierwszorzędowe, 1/150, PH9 |
| Anty-HMGCS1 | GeneTex | GTX112346 | Przeciwciało pierwszorzędowe, 1/300, PH6 |
| Zwierzęca surowica nieimmunologiczna | MXB Biotechnologies | SP KIT-B3 | Blokowanie antygenu |
| Fluormount-G | SouthernBiotech | 0100-01 | Antyfluorescencyjny wybuch |
| Opal PolarisTM 7-kolorowy ręczny zestaw IHC | Akoya | NEL861001KT | Opal mIHC Bufor do barwienia |
| Dako | K8000/K8002/K8007/K8023 | Mycie szkiełek | |
| higienicznychSoftware | |||
| HALO | inteligentne oprogramowanie do ilościowej analizy tkankowej, płatne oprogramowanie | ||
| inForm | inteligentne oprogramowanie do ilościowej analizy tkanek, płatne oprogramowanie | ||
| PerkinElmer Vectra | , w pełni automatyczne skanowanie preparatów tkankowych. | ||
| QuPath 0.3.2 | , oprogramowanie typu open source, użyte w tym eksperymencie. |