يظهر هنا بروتوكول لتوليد ضوابط بيليه خلوية ثابتة بالفورمالين ومضمنة بالبارافين للكيمياء الهيستولوجية المناعية.
تعتبر الضوابط الإيجابية والسلبية مع التعبير المعروف عن البروتينات المستهدفة ضرورية لتطوير مقايسات الكيمياء الهيستولوجية المناعية (IHC). في حين أن ضوابط الأنسجة مفيدة للبروتينات ذات الخصائص الجيدة ذات أنماط التعبير النسيجي والخلوي المحددة ، إلا أنها أقل ملاءمة للتطوير الأولي لمقايسات IHC للبروتينات الجديدة أو سيئة التوصيف أو المعبر عنها في كل مكان. بدلا من ذلك ، نظرا لطبيعتها الموحدة ، يمكن أن تكون كريات الخلايا ، بما في ذلك خطوط الخلايا السرطانية ذات مستويات التعبير البروتيني أو النسخ المحددة (على سبيل المثال ، التعبير العالي والمتوسط والمنخفض) ، أو خطوط الخلايا التي يتم التعبير عنها بشكل مفرط ، أو خطوط الخلايا مع الجينات المحذوفة من خلال تقنيات هندسة الخلايا مثل كريسبر ، بمثابة عناصر تحكم قيمة ، خاصة بالنسبة لتوصيف الأجسام المضادة الأولية واختيارها. من أجل استخدام كريات الخلايا هذه في تطوير فحوصات IHC للأنسجة المثبتة بالفورمالين والمدمجة بالبارافين ، يجب معالجتها وتضمينها بطريقة تلخص الإجراءات المستخدمة لمعالجة الأنسجة. يصف هذا البروتوكول عملية لإنشاء ومعالجة عناصر التحكم في حبيبات الخلايا المثبتة بالفورمالين والمضمنة بالبارافين والتي يمكن استخدامها لتطوير طريقة IHC.
الكيمياء الهيستولوجية المناعية (IHC) هي واحدة من أكثر المقايسات شيوعا في علم الأمراض الاستقصائي والتشخيصي. اعتمادا على السياق والفحص ، يتم استخدام IHC للمساعدة في تشخيص السرطان1,2 ، والتنبؤ باستجابة العلاج 3,4 ، وتحديد مسببات الأمراض5 ، وتوصيف أنواع الخلايا في الأنسجة المريضة6 ، ودراسة المسارات البيولوجية واستجابات الأنسجة 7,8. في جميع الحالات ، فإن المبدأ الأساسي لفحص IHC هو أن الجسم المضاد يرتبط على وجه التحديد بهدف مهم ، وهو الأكثر شيوعا بروتين ، ويتم تصور حدث الربط هذا لاحقا في قسم الأنسجة9. ومع ذلك ، فإن أحد أكبر التحديات في أي اختبار IHC هو التأكد من أن الأجسام المضادة تكتشف على وجه التحديد هدف الاهتمام10. تمثل خصوصية الأجسام المضادة تحديا في معظم المقايسات المناعية ، لكن الكيمياء الهيستولوجية المناعية تقدم تحديات فريدة من نوعها حيث لا توجد مقاييس ثانوية ، مثل الوزن الجزيئي ، للتمييز بين العلامات المحددة وغير المحددة. هذا أمر مزعج بشكل خاص عند تقييم الأهداف سيئة التوصيف أو المعبر عنها في كل مكان والتي تفتقر إلى أنماط توطين خلوي محددة جيدا. لذلك ، فإن الضوابط القوية التي يمكن أن تساعد في توصيف خصوصية ملزمة أمر بالغ الأهمية عند تطوير فحص IHCجديد 10.
بالنسبة للأهداف المحددة جيدا مع أنماط التعبير الخلوي المميزة ، يتم استخدام ضوابط الأنسجة بشكل متكرر في تطورات طريقة IHC. استنادا إلى ثروة من البيانات السابقة ، يمكن للمرء تحديد ما إذا كان الجسم المضاد يضع علامات على الأنسجة والخلية والمقصورة تحت الخلوية التي من المعروف أنه يتم التعبير عنها فيها ، وأنه لا يضع علامات على مكونات الأنسجة حيث لا ينبغي أن يكون موجودا11. ومع ذلك ، فإن ضوابط الأنسجة ذات فائدة محدودة للأهداف الجديدة سيئة التوصيف دون أنماط تعبير معروفة أو للبروتينات التي يتم التعبير عنها على نطاق واسع وتفتقر إلى أنماط التعبير المميزة. في كلا السيناريوهين ، فإن عدم وجود نمط تعبير محدد جيدا يجعل من المستحيل التمييز بين وضع العلامات المحددة وغير المحددة في الأنسجة. في هذه الحالات, توفر كريات الخلايا تحكما بديلا قيما في IHC. يمكن أن تشمل ضوابط حبيبات الخلايا ما يلي: السرطان أو خطوط الخلايا الأخرى التي لها مستويات تعبير داخلية أو جوهرية / غير مستحثة للبروتين محل الاهتمام ، والتي يمكن وصف تعبيرها البروتيني بالنشاف الغربي ، أو تحليلات قياس التدفق الخلوي ، أو استقراء التنميط النسخي ؛ خطوط الخلايا المهندسة التي إما تفرط في التعبير عن البروتين محل الاهتمام أو يتم حذف الجين المشفر محل الاهتمام ؛ أو الخلايا التي عولجت في ظل ظروف محددة للحث على التعبير عن البروتين أو الإشارة إلى الأحداث ذات الأهمية (مثل الفسفرة)10,12. تسمح مستويات تعبير البروتين المميزة جيدا في خطوط الخلايا أيضا بتقييم حساسية الفحص باستخدام لوحة من خطوط الخلايا ذات تعبير البروتين العالي والمتوسط والمنخفض والغائب. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون كريات الخلايا المهندسة ضوابط قيمة خاصة بالأنواع للأنواع البيطرية ، والتي قد يكون هناك توصيف محدود لها أو ضوابط الأنسجة المتاحة13. في حين أن كريات الخلايا لها حدودها ، مثل البروتين المحدود الموجود في خطوط الخلايا التي لن تعكس البروتين المتنوع في الأنسجة ، فإنها تعمل كعناصر تحكم مناسبة للتأكد من أن الجسم المضاد يمكنه اكتشاف الهدف محل الاهتمام وكذلك استبعاد الارتباط العشوائي بواسطة الجسم المضاد الأولي أو الجسم المضاد الثانوي أو الحكام الآخرين في الفحص10.
يتم تثبيت معظم الأنسجة في علم الأمراض التشخيصي والاستقصائي في الفورمالين المحايد ، وتجفيفها في سلسلة من الكحوليات ، وتطهيرها في الزيلين ، ومعالجتها ودمجها في شمع البارافين. تثبيت الفورمالين عبر البروتينات ، والتثبيت وكل خطوة إضافية في معالجة الأنسجة يمكن أن تؤثر بشكل مباشر على البروتينات وقدرة الأجسام المضادة على اكتشافها 9,14. لذلك ، من المهم أن تخضع أي عناصر تحكم مستخدمة في مقايسة IHC لنفس إجراءات التثبيت ومعالجة الأنسجة والتضمين. تصف هذه المقالة الاعتبارات الفريدة لمعالجة الخلايا المستزرعة وتضمينها لتكون بمثابة ضوابط لتطوير فحوصات IHC في الأنسجة المدمجة بالبارافين الثابت بالفورمالين ، مع تركيز المنهجية بشكل أساسي على التعامل مع حبيبات الخلية ومعالجتها في مختبر الأنسجة.
يصف هذا البروتوكول منهجية لتوليد كريات خلوية مثبتة بالفورمالين ومدمجة بالبارافين يمكن استخدامها كعناصر تحكم في الكيمياء الهيستولوجية المناعية النهائية ودراسات التهجين في الموقع. منهجيات الأنسجة الموصوفة في هذا البروتوكول قابلة للتطبيق على مجموعة متنوعة من خطوط السرطان والخلايا الأولية, وتتكيف في المقام الأول مع تقنيات الأنسجة الروتينية لإنتاج هذه الكريات17,18. عند معالجتها وتضمينها, يمكن استخدام الكريات بطريقة مماثلة للأنسجة. وهذا يشمل استخدامها مع بروتوكولات استرجاع المستضد الأنزيمي والمستحث بالحرارة لتجارب الكيمياء الهيستولوجية المناعية. أحد أهداف المنهجيات المستخدمة في هذا البروتوكول هو الحفاظ على مورفولوجيا ومستضدية الخلايا طوال العملية. لذلك ، يتم استخدام EDTA ، وهو لطيف نسبيا من حيث التغييرات في كل من التشكل والمستضد ، لفصل الخلايا. وهذا لا يعني أن النهج الأخرى، مثل التعطيل المادي، غير قابلة للتطبيق؛ بل إن النهج الأخرى غير قابلة للتطبيق. ومع ذلك ، فإن أي نهج لفصل الخلايا يجب أن يضمن عدم إصابة الخلايا في هذه العملية. الهدف الثاني من هذا البروتوكول هو إصلاح الخلايا ومعالجتها بطريقة مشابهة للأنسجة ، باستخدام نفس نسبة التثبيت ، والتثبيت ، وجدول المعالجة (التثبيت ، والجفاف ، والتطهير ، وتسلل البارافين) ، وتقنيات التضمين ، بحيث يمكن أن تكون بمثابة ضوابط قابلة للمقارنة للمقايسات النهائية. وبالتالي, يجب أن تحاكي أساليب التثبيت والمعالجة المستخدمة لتوليد كريات الخلايا الأساليب المستخدمة للأنسجة.
لم يتم تكييف البروتوكول الموصوف في هذا التقرير للتعامل مع الخلايا ذات العوامل المعدية ، مثل الخلايا المصابة بالبكتيريا المسببة للأمراض أو الفيروسات ، حيث يتم فصل الخلايا وجمعها وطردها المركزي قبل التثبيت. قد يفكر الباحثون في بروتوكولات لإصلاح الخلايا قبل الانفصال ، لكن هذا سيتطلب مزيدا من التحسين لجمع الخلايا دون الإخلال بمورفولوجيا الخلية. وعلاوة على ذلك، تتطلب أوقات التثبيت وظروف المناولة للخلايا ذات العوامل المعدية اعتبارات إضافية تستند إلى العامل المعدي وما يرتبط به من بروتوكولات السلامة البيولوجية المؤسسية.
تعتبر كريات الخلايا المثبتة بالفورمالين والمضمنة بالبارافين مفيدة بشكل فريد في وجود مستويات تعبير بروتين محددة جيدا10. في حين أن السرطان وخطوط الخلايا الداخلية تقدم مجموعة مختارة من الخلايا بمستويات متفاوتة من التعبير البروتيني ، فإن تقنيات الهندسة الوراثية تمكن العلماء من نمذجة تعبير البروتين ، من خلال الإفراط في التعبير عن البروتينات ذات الأهمية واستخدام تقنيات كريسبر لاستئصال أو إدخال الجينات المشفرة ذات الأهمية20,21 . عيب البروتينات المفرطة التعبير في خطوط الخلايا هو أنها مقاييس ضعيفة لحساسية الفحص لأنها قد لا تمثل مستويات البروتين الذاتية22. في المقابل ، يمكن لكل من خطوط الخلايا الداخلية وخطوط الخلايا السرطانية أن تمثل مستويات التعبير الداخلي بشكل أفضل ، ويمكن أن يكون الحذف بوساطة كريسبر للجين المشفر في خط مشابه بمثابة عنصر تحكم سلبي مقابل. علاوة على ذلك، تعد خطوط الخلايا الداخلية أو خطوط الخلايا السرطانية ذات المستويات المختلفة من التعبير البروتيني مثالية لتجارب المعايرة لاختيار التخفيفات النهائية للأجسام المضادة وفهم حساسية الفحص بشكل أفضل (الشكل 2). يجب أن يستند القرار المحيط بخطوط الخلايا التي يجب استخدامها إلى الاحتياجات التجريبية الفردية وغالبا ما يستخدم مجموعة من الأساليب.
بالإضافة إلى تقييم ما إذا كان الجسم المضاد يمكنه اكتشاف البروتين محل الاهتمام ، يمكن استخدام لوحة من خطوط الخلايا لتحديد خصوصية الجسم المضاد. على سبيل المثال ، يمكن استخدام مجموعة من خطوط الخلايا التي تعبر بشكل فردي عن عائلة من البروتينات وثيقة الصلة لاختبار ما إذا كان الجسم المضاد محددا لبروتين فردي أو ما إذا كان يكتشف أيضا بروتينات أخرى وثيقة الصلة. قد تتضمن الضوابط الأكثر تفصيلا استخدام خطوط الخلايا التي تعبر ، إما من خلال ضربة قاضية كريسبر أو من خلال الإفراط في التعبير ، عن البروتينات ذات الطفرات النقطية التي لا يمكن أن تخضع لأحداث إشارات محددة يتم اكتشافها (على سبيل المثال ، طفرة في مواقع فسفرة محددة عند تقييم جسم مضاد خاص بالفوسفو). في حين أن هذه الأساليب أكثر تعقيدا ، فقد تكون ضرورية للتأكد من أن الجسم المضاد يستخدم فقط الملصقات في ظل ظروف محددة10.
من المهم ملاحظة أن التلاعب الجيني لخطوط الخلايا قد لا يولد مجموعة خلايا متجانسة. على سبيل المثال ، لا تكون كفاءة النقل في الإفراط في التعبير عن خطوط الخلايا عادة 100٪ وقد لا تبالغ بعض الخلايا في التعبير عن البروتين محل الاهتمام. يمكن أن يكون تضمين FLAG أو علامة ذات صلة في النقل يمكن اكتشافها بالطرق القياسية مفيدا لتقييم كفاءة نقل خط الخلية23. يمكن أن يكون هذا مفيدا لتحديد ما إذا كان النقل ناجحا واستبعاد عدم الكشف بسبب تعبير البروتين ، وليكون بمثابة مرجع للنسبة المتوقعة من الخلايا التي يجب أن تعبر عن البروتين محل الاهتمام.
يمكن أن يكون التهجين في الموقع (ISH) أيضا أداة مفيدة لتوصيف التعبير الجيني المستهدف في كريات الخلايا وإبلاغ تطوير طريقة IHC10. عند فحص الأجسام المضادة ، قد يكون من المفيد معرفة متى يمكن اكتشاف النسخة ، وبالتالي البروتين المحتمل. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون فحص ISH لحبيبات الخلايا مفيدا لتطوير طريقة ISH. في حين أن الخصوصية هي مشكلة أقل تكرارا لمقايسات ISH ، إلا أنه لا يزال من المهم وجود ضوابط مناسبة واعتبارات مماثلة لتطوير واستخدام الضوابط التي يمكن تطبيقها على دراسات ISH.
يتم إنشاء المصفوفات الدقيقة للأنسجة عن طريق إزالة النوى من كتل المانحين ونقل هذه النوى ، غالبا في نمط شبكي ، إلى كتلة البارافين المتلقي. في النهاية ، تحتوي الكتلة المستلمة على مجموعة من العينات في كتلة واحدة ، مما يسمح لجميع العينات الموجودة في الكتلة بالمرور بإجراءات IHC متطابقة والسماح بالمقارنة المباشرة لعينات متعددة على نفس الشريحة24,25. نظرا لأن كريات الخلايا عبارة عن مجموعات موحدة نسبيا ، فيمكن تمثيلها بدقة بواسطة نوى 1 مم ، مما يجعلها مرشحة مثالية لإدراجها في صفائف مماثلة. باستخدام مجموعة الحبيبات الخلوية, من الممكن تضمين كريات الخلايا بمستويات مختلفة من التعبير, كريات الخلايا التي تعبر بشكل فريد عن البروتينات ذات الصلة, وكريات الخلايا التي تعبر عن تقويم البروتين محل الاهتمام من الأنواع المختلفة في شريحة واحدة (الشكل 3). وهذا يسمح بتقييم جميع كريات الخلايا في وقت واحد في ظل ظروف موحدة بطريقة سريعة ، مع تقليل استخدام الكواشف25.
يوصى بحد أدنى لحجم حبيبات خلية البدء يبلغ 2 مل تم جمعها من ثماني قوارير T175 لهذا البروتوكول. يسمح هذا الحجم بإنتاج وأرشفة كتل الحبيبات متعددة الخلايا, بحيث يمكن توحيد عناصر التحكم في الحبيبات الخلوية على مدى فترات زمنية أطول ويمكن إنشاء صفائف حبيبات متعددة الخلايا من حبيبات معينة. يمكن استخدام أحجام حبيبات الخلايا المنخفضة عند التعامل مع خطوط الخلايا الأولية المشتقة من المريض ، أو خطوط الخلايا بطيئة النمو ، أو عندما تحد الظروف من حجم العينة. بالطبع ، ستؤدي أحجام البدء المنخفضة إلى تحفيز التأثير السلبي من أي فقدان للخلايا أثناء تثبيت وإعداد الحبيبات وستحد من المواد المتاحة لعمليات المصب. من المهم بشكل خاص توخي الحذر عند إزالة المثبت بعد الطرد المركزي ، لتقليل أي خسارة مرتبطة به. بالنسبة لأحجام العينات الأقل ، يمكن استخدام أنبوب طرد مركزي مغطى سعة 1.5 مل لتكوير الخلايا. يمكن تقسيم هذه الأنابيب طوليا بشفرة للمعالجة.
على غرار تثبيت الأنسجة ، يعد تثبيت الخلايا داخل هذه الحبيبات أمرا بالغ الأهمية لتقييمات IHC النهائية. من أجل تحقيق التثبيت الكامل ، نستخدم ما لا يقل عن 10: 1 من الفورمالين إلى نسبة حبيبات الخلية ونعكس الأنبوب المخروطي للحفاظ على الخلايا معلقة. إذا لم تكن الخلايا معلقة في وقت التثبيت ، فهناك خطر التثبيت غير الكامل أو غير الكافي ، مما سيؤثر على وضع العلامات المناعية في اتجاه مجرى النهر. غالبا ما يتجلى هذا على شكل علامات قوية في المحيط وفقدان الملصقات في وسط الحبيبات أو وضع العلامات ذات الكثافة المتغيرة في جميع أنحاء الحبيبات.
يستخدم هذا البروتوكول Histogel ، الذي يتكون بشكل أساسي من هيدروكسي إيثيل أغاروز ، لربط حبيبات الخلية ولتمكين الخلايا من التوزيع بالتساوي في جميع أنحاء حبيبات الخلية. بدونها ، تصبح الخلايا مضغوطة وتفقد تفاصيلها الخلوية. غالبا ما تكون هذه التفاصيل الخلوية مهمة أثناء فحص الأجسام المضادة ، لأنها توفر معلومات إضافية بشأن ما إذا كان الجسم المضاد يوضع علامات في المقصورة تحت الخلوية المناسبة (على سبيل المثال ، النواة أو السيتوبلازم أو غشاء البلازما). في المقابل ، يمكن أن يؤدي الكثير من الجل إلى انخفاض كثافة الخلايا داخل الحبيبات ، مما يؤدي إلى توزيع الخلايا على نطاق واسع ، وتقليل أعداد الخلايا لكل قسم.
يمكن استخدام هذا البروتوكول بشكل روتيني لتطوير ضوابط IHC. المواد اللازمة لإنشاء هذه الكريات شائعة في مختبرات البيولوجيا والأنسجة الاستقصائية ، والطرق واضحة وسهلة التكيف. في حين أن كريات الخلايا لها قيود مثل ضوابط IHC ، إلا أنها تعمل كأدوات رائعة للفحص الأولي للأجسام المضادة وتكمل عناصر التحكم الأخرى في الأنسجة.
The authors have nothing to disclose.
نود أن نعرب عن تقديرنا لتعاون زملائنا في منظمة أبحاث Genentech ، وخاصة مختبرات علم الأمراض الأساسية (P-core) الذين ساهموا في تطوير هذه الأساليب على مر السنين.
10% Neutral Buffered Formalin | VWR | 16004-128 | |
50 mL Conical Tube | Becton Dickinson Labware | #0747-1886 | |
70% Ethanol | Koptec | V1401 | |
95% Ethanol | Koptec | V1101 | |
Biopsy Wraps | Surgipath Medical Industries, Inc | #01090 | |
Costar Stripette serological pipette 10mL | Corning | CLS4101 | |
Flex 100 | Epredia | 8101 | |
Flex 95 | Epredia | 8201 | |
Histogel | Thermo Scientific | #R904012 | |
Leica Automated Rotary Microtome | Leica | RM2255 | |
Micro Spatula, rounded and tapered ends | Tedd Pella | #13510 | |
NanoZoomer 2.0 HT whole slide imager | Hamamatsu | ||
Paraplast Tissue Infiltration/Embedding Paraffin | Surgipath | 39601006 | |
Pipette Controller | CAPP | PA-100 | |
Reagent Alcohol | Epredia | 9111 | |
Sterling Probe 5” 2mm Tip with Eye | Roboz Surgical Instrument Co., Inc | #RS-9522 | |
Superfrost Plus positively charged microscope slides | Thermo Scientific | 6776214 | |
Tissue cassettes; PrintMate Slotted Cassette | Epredia | B851120WH | |
TMA Tissue Grand Master | 3DHistech LTD | ||
Xylenes | VWR | 89370-088 |