$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Фиксация формалина с последующим заделыванием парафина (FFPE) является стандартной процедурой для долгосрочного сохранения патологического образца в биобанке1. Эти образцы представляют собой ценный источник для гистологических исследований, а также молекулярных анализов, особенно генетических исследований2. Другими преимуществами тканей FFPE являются лучшее долгосрочное хранение, более низкие затраты и более простые условия хранения. Наша цель состоит в том, чтобы предоставить надежный и простой в использовании протокол для воспроизводимого выделения нуклеиновых кислот из небольших количеств срезов FFPE, поскольку высококачественная экстракция ДНК является первым важным шагом в широком спектре молекулярных методов, а ткани FFPE являются наиболее доступным источником образцов.
Новые научные подходы, такие как секвенирование нового поколения (NGS) и «омиксные» исследовательские подходы, требуют высокого качества нуклеиновых кислот 3,4,5. Извлечение ДНК из образцов тканей FFPE остается сложной задачей. ДНК из образцов FFPE может сильно различаться по качеству и количеству в зависимости от ее возраста и условий фиксации. Формалин, наиболее часто используемое соединение, приводит к сшивке ДНК-белка 6,7,8 и вызывает неспецифический случайный разрыв нуклеотидной последовательности9. Это может существенно повлиять на последующие геномные анализы, поскольку сшивание может привести к отключению амплификации полимеразной цепной реакции (ПЦР) 6,10. Из-за загрязнений в процессе фиксации чистота ДНК, выделенной из образцов FFPE, часто ограничена. В последние годы были разработаны различные методы выделения ДНК, в основном из образцов раковых тканей 2,11,12,13.
В целом, протоколы экстракции нуклеиновых кислот из ткани FFPE можно дифференцировать на три основные группы. Первая, наиболее часто используемая группа способов включает коммерчески доступные колонные системы14 на основе диоксида кремния. Вторая группа включает в себя методы ручной экстракции в органической фазе фенолом и хлороформом, впервые описанные Джозефом Сэмбруком и Дэвидом В. Расселом15. В качестве третьей группы в последние годы были созданы автоматизированные системы, такие как системы работы с жидкостями, а также системы на основе парамагнитныхчастиц16. Каждая из трех названных систем имеет различные преимущества и недостатки, такие как опасные химические вещества (например, ксилол, фенол, хлороформ), высокая стоимость17, рабочая сила18 и затраты времени19. В частности, для сложных образцов тканей, а также для высокопроизводительных анализов стандартизация, воспроизводимость, относительно низкие затраты времени, трудозатрат и затрат являются наиболее важными характеристиками при поиске подходящего метода выделения нуклеиновыхкислот20. Известно, что автоматизированные методы экстракции показывают лучшие воспроизводимые результаты и более чувствительны к небольшим биопсиям. Кроме того, требуется меньшее количество ткани или крови, а риск засорения системы из-за большого количества парафина снижается. Несмотря на то, что машины для автоматизированной экстракции нуклеиновых кислот и необходимые наборы стоят дороже по сравнению с ручными методами, они все же убедительны благодаря менее проблематичным процессам экстракции. Поиск литературы предоставляет множество публикаций, которые иллюстрируют прямое сравнение между ручными, колоночными и автоматизированными методами экстракции ДНК и РНК из различных тканей и организмов, таких как растения, животные и человек, а также клеток в культуре 20,21,22. В литературе также присутствуют доказательства того, что ДНК и РНК, выделенные из 10-летней замороженной ткани, могут быть использованы для последующих анализов, таких как ПЦР, количественная ПЦР, NGS, анализ метилирования и клонирование 9,23,24,25,26.
Основной проблемой, например, со стареющей сосудистой тканью человека, а также с небольшими биопсиями тканей, особенно с образцами FFPE, является нехватка клеток в сильно кальцинированных атеросклеротических поражениях, что, в свою очередь, приводит к низким концентрациям нуклеиновых кислот1. Несмотря на то, что уже разработано и широко используется несколько методов экстракции ДНК из тканей FFPE, ручные методы подготовки образцов требуют длительного времени работы27 , а для депарафинизациинеобходимы токсичные реагенты, такие как ксилол или фенол. Как уже было описано, процесс депарафинизации является важнейшим трудоемким этапом (например, около 30 минут), который заметно влияет на качество и количество экстрагированной ДНК (например, токсическое воздействие на ДНК, такое как фрагментация и деградация раствора депарафинизации и высокие температуры)28. Недавно разработанные новые протоколы экстракции ДНК сосредоточены на использовании других нетоксичных решений для депарафинизации, стратегий восстановления и автоматизированных технологий гранулирования. В частности, было показано, что автоматизированные и полуавтоматические методы успешны в экстракции ДНК с эффективным восстановлением, отсутствием перекрестного загрязнения и простотойработы. Мы разработали протокол, который преодолевает эти ограничения. В результате, наша технология позволяет сократить обработку и время работы при самых высоких количественных и качественных стандартах.
В частности, для воспроизводимых высокопроизводительных анализов, таких как генотипирование, эпигеномные исследования и секвенирование РНК, обработка образцов FFPE с помощью систем очистки на основе колонок часто является сложной и трудоемкой (например, длительные этапы депарафинизации, засорение колонки и длительное время ручного труда). Основной проблемой является засорение силикатных мембран из-за большого количества парафина. Другими обстоятельствами, которые могут ухудшить выделение высококачественных нуклеиновых кислот, являются небольшие количества тканей, таких как микробиопсия кожи, мелкая мышиная ткань, очень жирная или кальцинированная ткань в виде бляшек, окостенелая ткань и старые образцы. Особенно в диагностике и криминалистике, автоматизированные и полуавтоматические системы, такие как работа с жидкостями или методы экстракции на основе парамагнитных частиц, становятся все более и более важными за последниенесколько лет, в основном из-за относительно короткого времени работы и возможности стандартизации. Большинство уже опубликованных протоколов идеально подходят для гладких тканей с высоким или средним количеством клеток, таких как биопсия опухоли или растительная ткань 13,22,32. Литература о методах полуавтоматических методов на основе частиц, используемых для выделения ДНК из относительно труднообрабатываемых тканей, таких как неподвижные одиночные клетки, кальцинированные сосуды, богатые коллагеном ткани и жировые ткани с низким числом клеток, описана слабо33.
В данном исследовании описан оптимизированный полуавтоматический метод выделения ДНК из сосудистых парафиновых срезов, сравнивая его с двумя ручными протоколами на основе колонок. Для валидации использовались количество, чистота и степень фрагментации ДНК. Коммерчески доступный протокол анализа ДНК крови был использован в качестве отправной точки, а ручные этапы полуавтоматической системы были впоследствии оптимизированы для использования FFPE, а также свежезамороженных образцов тканей из тканей человека и животных, сочетая этапы из FFPE и тканевого протокола. Автоматизированный шаг этого протокола предустановлен на приборе и зависит от используемого набора (в данном случае набора ДНК крови). С помощью описанной полуавтоматической системы на основе картриджей можно выделять ДНК из крови, свежезамороженных тканей, фиксированных формалином тканей и даже отдельных клеток с помощью одного и того же протокола, машины, набора и расходных материалов, вместо использования разных протоколов и наборов для инструмента, как это рекомендует компания. Существуют лишь незначительные различия в протоколах, такие как один буфер и некоторое время инкубации для различных применений, что делает этот протокол очень полезным для извлечения ДНК из всех видов тканей. Наш протокол в первую очередь оптимизирован для кальцинированных, бедных клетками и фиброзной сосудистой ткани человека, но, конечно, может быть использован и дополнительно оптимизирован для всех видов сложных тканей, упомянутых выше.
Подводя итог, можно сказать, что для исследователей в области сердечно-сосудистых заболеваний, работающих с атеросклерозом (например, аорты, сонных артерий, коронарных артерий), мы предоставляем простой в использовании, пошаговый протокол для полуавтоматической экстракции ДНК из образцов сосудистых FFPE.