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實用免疫細(xì)胞與核酸:第四節(jié) ICC的幾種特殊應(yīng)用

近年 ICC技術(shù)在下述方面的應(yīng)用,令人注目,有著廣闊的前景,F(xiàn)介紹如下:一、ICC在鋪片中應(yīng)用鋪片(Whole Mount Stretch Preparation) 是研究神經(jīng)分布應(yīng)用較早、較廣的方法。19世紀(jì)末,Dogiel和Cajal等利用鋪片技術(shù),結(jié)合鍍銀及甲基藍(lán)染色,觀察腸道神經(jīng)叢模式、神經(jīng)元…

近年 ICC技術(shù)在下述方面的應(yīng)用,令人注目,有著廣闊的前景,F(xiàn)介紹如下:

一、ICC在鋪片中應(yīng)用

鋪片(Whole Mount Stretch Preparation) 是研究神經(jīng)分布應(yīng)用較早、較廣的方法。19世紀(jì)末,Dogiel和Cajal等利用鋪片技術(shù),結(jié)合鍍銀及甲基藍(lán)染色,觀察腸道神經(jīng)叢模式、神經(jīng)元種類及其相關(guān)聯(lián)的間質(zhì)細(xì)胞。近年來,人們進(jìn)一步認(rèn)識到全層鋪片技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):例如①不必采用連續(xù)切片和三維重建技術(shù),可以直接觀察神經(jīng)元間質(zhì)細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu);②能觀察較大區(qū)域,在研究顯微外科手術(shù)后神經(jīng)分布模式和數(shù)量改變中有較好的應(yīng)用價值;③操作簡單,能在較短時間內(nèi)制作大量標(biāo)本等。所以,鋪片技術(shù)在ICC染色中得到廣泛的采用(Zhou等1992)

鋪片ICC染色方法與切片基本相同,所不同的是鋪片較厚,背景著色較強(qiáng),有時甚至妨礙特異性染色的觀察。實驗證明,這種非特異性染色主要是酶標(biāo)抗體/橋抗體與組織γ-球蛋白結(jié)合引起的,用封閉性阻斷劑及正常血清等分別孵育切片,并在稀釋抗體時,加入適量的BSA,可以降低此類非特異性結(jié)合。BSA、封閉性阻斷劑與IgG(正常血清)的等電點(diǎn)不同,重疊應(yīng)用,阻斷效果尤佳。另外,鋪片的細(xì)胞膜完整,不利于抗體的穿透,特別是PAP復(fù)合物等大分子物質(zhì),為此設(shè)法提高抗體的穿透性是非常重要的。采用反復(fù)凍融和表面活性劑前處理,有助于細(xì)胞內(nèi)抗原的暴露。我們在實驗中參考Costa(1980)的制片方法,將組織鋪片經(jīng)系列酒精(70%、90%、100%、100%,每次10~15min)脫水,Hemo—d 2次(10~15in/次),再水化(100%、90%、70%、50%降酒精)等處理,輔助Triton X-100應(yīng)用,明顯增加抗體的穿透性,獲得較為滿意的染色效果!〉,并非所有的組織都能制成鋪片,虹膜、腸系膜和小血管等適于制做全層鋪片;食道、胃腸道、膽道、膽囊、大血管、輸尿管等臟器則均需進(jìn)行組織分層,再鋪片,行ICC染色。

染色方法:以小腸分層鋪片為例:

(1)4%多聚甲醛或Zamboni 液固定2~6h,4℃,或丙酮固定。

(2)PBS充分沖洗,置PBS中過夜。

(3)系列酒精脫水,Hemo—D透明,降酒精至PBS。

(4)分層鋪片,直接漂浮染色或貼于載玻片風(fēng)干,再染色。

(5)0.3%~0.5%Triton X-100/PBS 15~30min, 室溫,PBS沖洗。

(6)封閉性阻斷劑30in,室溫,正常(羊)血清30min,室溫。

(7)第一抗體,孵育,4℃冰箱過夜;PBS2次/2min;重復(fù)第一抗體孵育(可稀釋1

倍),2~3h,室溫,充分使抗體穿透至深層,使組織深層的抗原得以與抗體充分結(jié)合。

(8)PBS充分沖洗,2~3h,4℃。

(9)酶標(biāo)抗體孵育,4℃冰箱過夜。

(10)PBS沖洗,呈色,觀察與切片相同。

二、ICC的雙重染色法

在某些物質(zhì)活性檢測、神經(jīng)遞質(zhì)共存的研究、臨床腫瘤的分型、定性,以及預(yù)后的估測等中,ICC顯示了巨大的優(yōu)勢,它不僅能與Carbon、熒光色素、同位素追蹤標(biāo)記及其它組織化學(xué)方法(例如PAS染色法)結(jié)合,顯示兩種物質(zhì)的共存,提示組織細(xì)胞的功能,而且本身亦可進(jìn)行雙重染色,研究一些抗原物質(zhì)的共存,這里僅簡單介紹ICC雙重染色的幾種方法。

(一)切片

1.連續(xù)切片(Serial sectioning technique) 連續(xù)切片是兩種物質(zhì)共存研究中應(yīng)用最早的方法之一,是用相鄰切片分別孵育兩種不同特異性抗體進(jìn)行ICC染色,主要適用于觀察同一細(xì)胞內(nèi)不同抗原的分布。該方法要求切片足夠薄,保證每個細(xì)胞能同時出現(xiàn)在3~4張相鄰切片上,第1和3張切片用相同抗體染色均陽性時,作為陽性結(jié)果,可信度較高,可避免結(jié)果判斷困難。所以,常采用石蠟切片,厚約2μm左右,若用樹脂包埋的半薄切片(0.5~1μm),比較容易識別同一細(xì)胞內(nèi)兩種抗原的共存。

2.鏡影切片法(Mirror sectioning technique) 所謂鏡影切片,簡單地講就是兩張相鄰的石蠟切片(厚2μm)或冰凍切片(厚3~4μm),第二張反轉(zhuǎn)之,貼于載玻片上,同一細(xì)胞在兩張相鄰的切片上呈鏡與影的關(guān)系(相當(dāng)于冰凍蝕刻電鏡的P面和E面)。分別孵育兩種不同抗體,ICC染色,觀察其在同一細(xì)胞內(nèi)的分布。

(二)染色

1.ICC與熒光抗體法結(jié)合 首先染色顯示A抗原,DAB/H2O2呈色,繼之用間接(直接)熒光抗體法顯示B抗原,于光鏡和熒光顯微鏡下觀察,比較兩種抗原的分布。因DAB終產(chǎn)物能夠沿其表面向周圍遷移,尤其是DAB濃度略高、反應(yīng)時間稍長時,形成的終產(chǎn)物較大,可以遮蓋該抗原抗體的反應(yīng)部位,故兩種染色間很少出現(xiàn)交叉反應(yīng)。該雙重染色的方法主要適于顯示兩種抗原分布不同細(xì)胞內(nèi),尤其A抗原濃度高、反應(yīng)較強(qiáng)、DAB終產(chǎn)物較牢固的情況。

2.同一切片的再度染色法(Restanining Method)  用ICC法顯示神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽等在神經(jīng)細(xì)胞/神經(jīng)纖維內(nèi)共存時,連續(xù)切片、鏡影切片及重疊染色往往很難判斷同一神經(jīng)纖維的共染,為此建立了同一切片再度染色法。該方法利用4—氯—1—萘酚(CN)產(chǎn)物在酒精內(nèi)的可溶性及酸處理能使抗原抗體解離的特點(diǎn),首先第一種抗原用CN發(fā)色,染色陽性部位攝影;繼之,用低 pH的甘氨酸/鹽酸緩沖液(0.2mol/L甘氨酸—鹽酸緩沖液,pH2.2~2.3,含0.5mol/l NaCl)或鹽酸孵育切片,去除第一次染色的抗體,再經(jīng)50%、70%、90%、100%酒精脫CN色,PBS洗凈后染色第二種抗原,DAB呈色后,攝影比較同一部位是否兩種抗原共存在于同一神經(jīng)纖維。為驗證鹽酸等處理效果,可省略第二次染色的特異性抗體,僅重復(fù)酶標(biāo)抗體的染色,觀察第一抗原陽性部位是否出現(xiàn)重疊著色。

3.同一切片、不同呈色的雙重染色I(xiàn)CC法顯示A抗原時,用DAB/H2O2呈色,終產(chǎn)物為棕褐色;繼之,B抗原染色,CN/H2O2呈色,反應(yīng)產(chǎn)物深藍(lán)色,光鏡下可同時觀察兩種抗原的局部所在。為避免第二次染色的抗體與第一次染色抗體之間的交叉反應(yīng),在B抗原染色前,可用酸性緩沖液處理切片,去除第一次反應(yīng)的抗體,方法同2。該方法DAB和CN的色彩對比不鮮明,而且HRP酶活性較強(qiáng),酸性緩沖液中,亦能殘存部位活性,所以可能有混合顏色出現(xiàn),判定同一細(xì)胞內(nèi)兩種抗原共存常常有一定難度。

4.兩種酶標(biāo)抗體的雙重染色 分別用HRP和ALP標(biāo)記間接抗體,ICC染色,顯示兩種不同的抗原。首先顯示A抗原,HRP酶標(biāo)記間接抗體,CN/H2O2呈色;繼之顯示B抗原,ALP標(biāo)記間接抗體,F(xiàn)R/As—Mx呈色,輕度甲基綠/蘇木精復(fù)染細(xì)胞核,一般可獲得理想的結(jié)果,組織結(jié)構(gòu)清晰,色彩對比鮮明。筆者應(yīng)用此方法,顯示小鼠脾臟巨噬細(xì)胞標(biāo)記物ED1、ED2和ED3分布時,得到了較佳的染色效果。盡管該雙重染色法應(yīng)用了不同的酶標(biāo)抗體,但常用其二者來自同一種屬的抗體,所以在第一次染色部位,往往有重疊染色的現(xiàn)象。我們的經(jīng)驗為先染色反應(yīng)較弱、含量較少的抗原,第一抗體用較高稀釋度,酶標(biāo)抗體則用高濃度(低稀釋度),盡量使所有的第一抗體均被飽和,防止其與第二種酶標(biāo)抗體結(jié)合;第二種抗體染色前,應(yīng)用PBS充分洗凈;第二種酶標(biāo)抗體可用較高的稀釋度。這樣可避免“非特異”性重疊著色,色彩對比亦較理想。

5.不同種屬來源的抗體的雙重染色上述幾種雙重染色法,均系來自同一種屬的特異抗體和相同/不同的酶標(biāo)抗體,所以兩次染色間常常有交叉反應(yīng)。較理想的方法是用不同種屬動物制備特異性抗體和兩種酶標(biāo)抗體的雙重染色,例如顯示A抗原為小鼠單克隆抗體,HRP標(biāo)記兔抗鼠IgG;顯示B抗原為豚鼠單克隆抗體,ALP標(biāo)記羊()抗豚鼠IgG ,將兩種抗體稀釋最佳工作液濃度1/2,充分混合、孵育同一張切片,亦可分別染色。CN/H2O2呈色后,F(xiàn)R—As—Mx呈色,光鏡下觀察兩種抗原的分布。該方法兩種抗體間無交叉反應(yīng),特異性較高,即使細(xì)胞內(nèi)抗原量較少也能發(fā)現(xiàn)。但當(dāng)兩種抗原存在同一部位,其中之一濃度較高、占絕對優(yōu)勢時,亦將妨礙另一種抗原的染色,此種情況應(yīng)分別染色,首先染色含量較少的抗原,再顯示含量豐富的抗原。該方法要分別制備4種不同的特異性抗體和酶標(biāo)抗體,費(fèi)時費(fèi)力,實際應(yīng)用受一定限制。

上述兩種雙重染色,兩種酶標(biāo)抗體的非特異性著色可能迭加,致使背景著色較單獨(dú)使用時增強(qiáng),S/N下降,所以各研究室應(yīng)根據(jù)實驗?zāi)康暮蜅l件,合理選擇染色方法為宜。簡述染色步驟如下:

(1)切片準(zhǔn)備同一般間接法。

(2)切片孵育A抗原,特異抗體1~2h室溫。

(3)PBS沖洗,孵育HRP標(biāo)記抗體45min,室溫。

(4)PBS沖洗,孵育B抗原的特異抗體1~2h,室溫。充分漂洗,孵育ALP標(biāo)記抗體,45~60min。

(5)PBS沖洗,Baker’液固定5min,室溫,PBS洗凈。

(6)呈色CN/H2O2/TBS 15min,室溫。

(7)Tris—HCl(pH9.0)沖洗后,F(xiàn)r AS—Mx呈色8min,37℃。

(8)輕度PBS沖洗,1%戊二 醛固定5min。

(9)水洗,輕度復(fù)染細(xì)胞核,水溶性封固劑封片。

(10)光鏡下觀察。雙重標(biāo)記細(xì)胞呈暗紅至深紫色,與單獨(dú)陽性細(xì)胞有明顯區(qū)別。

三、ICC在細(xì)胞功能研究中的應(yīng)用

形態(tài)學(xué)研究目的之一是揭示組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征及其功能意義。利用ICC顯示給與細(xì)胞增殖標(biāo)記物,是組織細(xì)胞學(xué)研究中形態(tài)和功能相結(jié)合的重要手段之一。目前常用的細(xì)胞增殖標(biāo)記物有4種,Brdu (5—bromo—2--deoxyuridine), DNApolymerase α,PCNA (Proliferating cell nuclear antigen),Ki—67 等,相對應(yīng)的4種單克隆抗體均有商品出售。因組織細(xì)胞內(nèi)無內(nèi)源性Brdu存在,所以Brdu應(yīng)用較廣。Brdu為胸腺嘧啶的衍生物,可代替胸腺嘧啶在DNA合成期(S期),活體注射或細(xì)胞培養(yǎng)加入,而后利用抗Brdu單克隆抗體,ICC染色,顯示增殖細(xì)胞。同時結(jié)合其它細(xì)胞標(biāo)記物,雙重染色,可判斷增殖細(xì)胞的種類,增殖速度,對研究細(xì)胞動力學(xué)有重要意義。

筆者在觀察大鼠小腸上皮細(xì)胞增殖、代謝時,一次腹腔注射Brdu(Sbhskgw.cn/Article/igma)4mg/150~200g體重,分別在給藥后1h和1、2、3、5、7天取小腸,應(yīng)用抗Brdu抗體,ICC染色,可見腸上皮細(xì)胞從腸腺至絨毛頂端增生移行。在計數(shù)免疫活性細(xì)胞研究中,一次注射Brdu后,計數(shù)瞬間進(jìn)入S期細(xì)胞數(shù)或連續(xù)多次注射Brdu,計數(shù)注射Brdu期間進(jìn)入S期細(xì)胞的總和。另外在臨床上,術(shù)前或術(shù)中給與Brdu,判斷腦腫瘤細(xì)胞分化程度、惡性度等亦較常用。

摻入雙鏈DNA內(nèi)的Brdu,以氫鏈與腺嘌呤結(jié)合,不能直接與抗Brdu抗體反應(yīng),需經(jīng)解鏈?zhǔn)笲rdu暴露方能被染色。常用的解鏈方法為鹽酸加熱、蛋白酶處理等,使DNA雙鏈部分單鏈化,抗Brdu小鼠單克隆抗體與增殖細(xì)胞核內(nèi)的Brdu結(jié)合,再經(jīng)酶標(biāo)抗小鼠IgG抗體孵育、呈色,顯示進(jìn)入S期細(xì)胞的情況。

鹽酸和蛋白酶處理等可引起其它抗原或組織形態(tài)發(fā)生變化。為此,Conchoroff(1985)等制備了一種單克隆抗體(Bu—1),其培養(yǎng)液上清能與雙鏈DNA的Brdu反應(yīng),因為培養(yǎng)液上清中含有DNA酶,可分解www.med126.com雙鏈DNA,顯露Brdu,達(dá)到染色目的。筆者采用戊二醛固定后,胃蛋白酶—鹽酸處理,亦得到了良好的染色結(jié)果。簡述染色步驟如下(Matsuna,1989):

(1)冰凍切片/石蠟切片準(zhǔn)備同前。

(2)TBS沖洗,Baker’s液固定10min,室溫。

(3)TBS沖洗,1%戊二醛固定5~10min,室溫。

(4)雙蒸水沖洗,0.006%(冰凍切片)或0.02%(石蠟切片)胃蛋白酶/0.01mol/l HCl,37℃,10min。

(5)雙蒸水沖洗,4N HCl 30min,室溫。

(6)PBS充分沖洗,使切片pH回至中性。

(7)封閉性阻斷劑20min,室溫。

(8)抗Brdu抗體孵育1~2h室溫或4℃過夜。

(9)PBS沖洗,HRP標(biāo)記抗小鼠IgG抗體45min,室溫。

(10)PBS沖洗,DAB/H2O2呈色。

(11)輕度蘇木精復(fù)染,脫水透明,封片同前。分裂增殖細(xì)胞核呈棕褐色。

采用雙重或多重染色、觀察何種細(xì)胞分裂增殖時,首先應(yīng)染色其它抗原物質(zhì),最后顯示Brdu。通常在第一種抗體呈色后,再經(jīng)1%戊二醛固定5~10min,重復(fù)上述程序,均可獲得較滿意的染色結(jié)果,分裂細(xì)胞核呈棕褐色;顯示其它抗原用ALP標(biāo)記抗體,則細(xì)胞漿為紅色(FR)或藍(lán)色(FB)。

四、 ICC在原位雜交技術(shù)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的ICC法主要用于檢測組織細(xì)胞中含有何種物質(zhì),根據(jù)該物質(zhì)的作用,推測其組織細(xì)胞生理、病理意義。但該物質(zhì)來自何處,是否是陽性細(xì)胞合成往往較難判斷,結(jié)合免疫電鏡及雙重染色等方法,在某種程度上,有助于推斷該物質(zhì)的來源。然而通常ICC法顯示的是組織細(xì)胞已經(jīng)合成的物質(zhì)(過去時),本身不能說明陽性組織細(xì)胞目前的功能狀態(tài),亦無法預(yù)測細(xì)胞將合成何種物質(zhì),發(fā)揮什么功能,因此,單純的ICC法存在著被動性。

近年來,ICC法與原位雜交技術(shù)結(jié)合,使細(xì)胞內(nèi)活性DNA可視化,直接顯示某染色體上,何種基因活性化或非活性化,描述組織細(xì)胞現(xiàn)在的狀態(tài),同時亦可預(yù)知未來組織細(xì)胞將合成何種物質(zhì),發(fā)揮哪些功能等,直接觀察組織細(xì)胞的時空改變,這在病理生理研究中有著重要意義,為形態(tài)學(xué)研究開辟了令人矚目的前景。

眾所周知,機(jī)體內(nèi)不同的蛋白質(zhì)發(fā)揮其特定的功能,與其氨基酸序列密切相關(guān),而它的氨基酸序列又是DNA通過mRNA轉(zhuǎn)錄控制的。因此檢測該DAN/mRNA的分布,可判斷組織細(xì)胞的功能狀態(tài)。為在組織細(xì)胞水平檢測DNA/mRNA等一定堿基序列的核酸存在與否,Gall(1969)等建立了原位雜交方法(詳見第二十章 )。

在檢測某種特定的蛋白質(zhì)在哪一類細(xì)胞內(nèi)合成時,常常應(yīng)用連續(xù)切片或鏡影切片,原位雜交法顯示合成該蛋白質(zhì)的mRNA,ICC法染色其蛋白質(zhì)抗原,二者存在于同一細(xì)胞時,具有較強(qiáng)的說服力。同一切片進(jìn)行上述雙重染色時,原位雜交步驟中,大多數(shù)抗原物質(zhì)的抗原性往往易被破壞,所以最好在ICC染色后再進(jìn)行原位雜交染色。ICC染色中,抗體內(nèi)含有RNase等可能破壞細(xì)胞內(nèi)的mRNA,為此應(yīng)選用精制IgG抗體,并加入500u/ml肝素抑制RNase。肝素系酸性多糖,其化學(xué)性質(zhì)與核酸類似,能夠與以核酸為底物的酶(RNase)結(jié)合,從而保護(hù)mRNA免受破壞。另外,ICC染色以DAB呈色時,核酸探針易吸附于DAB產(chǎn)物上,需注意。

近年隨著細(xì)胞工程的進(jìn)步,ICC、原位雜交技術(shù)將在細(xì)胞生物學(xué)、組織學(xué)、遺傳學(xué)、病毒學(xué)、臨床疾病診斷等各個領(lǐng)域,得到更廣泛地應(yīng)用。

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