Wysoko multipleksowa immunofluorescencja (mIF) to zaawansowana technika, która rewolucjonizuje dziedzinę analizy tkanek, umożliwiając jednoczesną wizualizację wielu białkowych biomarkerów w obrębie jednego przekroju tkanki1,2. Możliwość ta zapewnia bezprecedensowy poziom szczegółowości i rozdzielczości przestrzennej, co jest często kluczowe dla zrozumienia interakcji między typami komórek o złożonej morfologii w mikrośrodowisku tkankowym w wielu skalach przestrzennych3. Technika ta jest szczególnie cenna w badaniach onkologicznych, gdzie może być wykorzystywana do kolokalizacji biomarkerów nowotworowych, białkowych celów terapeutycznych, lokalnego stanu układu odpornościowego i punktów kontrolnych, interakcji między różnymi typami komórek, a nawet podkomórkowych wzorców kolokalizacji związanych z metabolizmem leków w tkance4,5,6.
Pomimo swojego potencjału, większość technologii mIF wciąż mierzy się ze znacznymi wyzwaniami, w szczególności w zakresie równoważenia czułości i przepustowości z możliwościami multipleksowania. Ograniczenie to jest szczególnie krytyczne w przypadku wykrywania biomarkerów klinicznych, które mogą wykazywać bardzo niską ekspresję, takich jak HER2 oraz PD-L17,8,9. Aby zrozumieć przyczynę tego stanu rzeczy, niezbędne jest zapoznanie się z innymi modalnościami mIF. Metody tradycyjne utorowały drogę dla bardziej zaawansowanych platform mIF, jednak wiążą się one z własnym zestawem zalet i ograniczeń.
Bezpośrednia immunofluorescencja (DIF) wykorzystuje przeciwciała bezpośrednio sprzężone z fluoroforami lub z oligonukleotydem zdolnym do przyciągania fluoroforów10. Metoda ta jest łatwa do zastosowania w analizach multipleksowych, lecz cechuje się niższą czułością oraz trudnością w odróżnieniu sygnału od tła tkankowego lub artefaktów barwienia.
Pośrednia immunofluorescencja (IIF) wykorzystuje przeciwciało wtórne, które wiąże się z przeciwciałem pierwotnym. Zapewnia to silniejszy sygnał w porównaniu z DIF opartą na przeciwciałach pierwotnych. W połączeniu z ulepszonymi konstrukcjami komór przepływowych, sekwencyjna IIF pozwala na wykrycie do 40 biomarkerów w jednym badaniu2,11. Metody te wciąż cechują się jednak stosunkowo niską czułością w porównaniu ze strategiami wzmacniania sygnału opartymi na enzymach, takimi jak te stosowane w technikach immunohistochemicznych (IHC).
Immunofluorescencja oparta na katalizie enzymatycznej jest najczęściej spotykana w metodach IHC wykorzystujących peroksydazę chrzanową (HRP) do osadzania barwników chromogennych (DAB) lub fluorescencyjnych (np. wzmocnienie sygnału tyramidą (TSA)). Ponieważ testy te opierają się na tym samym enzymie katalitycznym, ich czułość detekcji jest podobna, co sprawia, że wielospektralne testy mIF oparte na TSA są odpowiednie do zastosowań klinicznych2,12. Zaletą wzmocnienia sygnału opartego na DNA jest wysoki stopień możliwego multipleksowania przy zachowaniu doskonałego wzmocnienia sygnału i modularności. W przeciwieństwie do nich, metody oparte na HRP są mniej modularne i trudniejsze do optymalizacji, co wymaga dodatkowych cykli opracowywania i testowania paneli.
Immunofluorescencja z użyciem przeciwciał z kodem kreskowym DNA
Przedstawiony tutaj test mIF wykorzystuje polimerazę DNA do jednoczesnej amplifikacji przeciwciał z kodem kreskowym DNA, po czym następują cykle barwienia i odbarwiania sond raportujących z użyciem czterech fluorescencyjnych oligonukleotydów w każdej rundzie obrazowania (Rycina 1).

Rycina 1: Ilustracja graficzna protokołu analizy z zastosowaniem multipleksowej immunofluorescencji. Przeciwciała sprzężone z kodami kreskowymi są dodawane w jednym kroku, a kody kreskowe są amplifikowane jednocześnie. W każdym cyklu dodawane są grupy czterech sond fluorescencyjnych, co pozwala na jednoczesną wizualizację czterech markerów. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Jednorazowe dodanie przeciwciał i jednostopniowa amplifikacja znacznie upraszczają protokół badania. Proces ten jest wspierany przez zautomatyzowane systemy barwienia i skanowania o wysokiej przepustowości, które zapewniają powtarzalne wyniki między poszczególnymi preparatami i seriami dla dużej liczby próbek wykorzystywanych w badaniach klinicznych13.
Jedną z głównych zalet tej technologii jest zdolność do zachowania wysokiej czułości przy jednoczesnym umożliwieniu szerokiej multipleksacji2. Przepływ pracy zapewnia również utrzymanie wysokiej przepustowości obrazowania, co rozwiązuje jeden z głównych problemów wysoce multipleksowanych technologii mIF (np. > 8 biomarkerów) w badaniach klinicznych. Jest to szczególnie istotne w badaniach klinicznych, gdzie subtelne różnice w niskiej ekspresji celów terapeutycznych (np. niskie HER2) u poszczególnych pacjentów mogą dostarczyć kluczowych informacji na temat odpowiedzi na leczenie.
Oprócz tych kluczowych cech, test ten zapewnia również możliwość konfiguracji panelu, wysokoprzepustowe możliwości obrazowania całych preparatów oraz rozdzielczość optyczną niezbędną do badania procesów i przedziałów subkomórkowych, a także wypustek komórkowych związanych z makrofagami i komórkami dendrytycznymi. Możliwość badania złożonych fenotypów komórkowych w wielu skalach przestrzennych stanowi krytyczną zaletę obrazowania optycznego w porównaniu z metodami opartymi na obrazowaniu cytometrii masowej (IMC)2.
W niniejszej pracy przedstawiono protokół testu mIF 8-pleks z wykorzystaniem automatycznego barwiarki i skanera całych preparatów. Test ten obejmuje panel ośmiu przeciwciał pierwszorzędowych: CD3, CD4, CD8, CD68, FOXP3, PD-1, PD-L1 oraz pan-Cytokeratyny14. Panel ten umożliwi immunoprofilowanie tkanki nowotworowej oraz identyfikację komórek znajdujących się w guzie lub w środowisku zrębu. Protokół ten wykorzystuje automatyczną barwiarkę do wstępnego barwienia i rund wymiany sond; proces barwienia i obrazowania można ukończyć w ciągu 2 dni. Przedstawiono również metody walidacji testu mIF oraz przeprowadzania analizy uzyskanych obrazów.