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科技创新

抗击癌症的“兵法”

兵家有云:知己知彼,百战不殆。

人类和癌症的战役早已拉响,在这一没有硝烟的战争中,人类前进的很艰难,但从未退缩,一直在前行。在古今中外、各行业专家的不断努力下,人们开始一层层拨开癌症的神秘面纱,从了解致病机理、提前预防,再到准确诊断、有效治疗,理论、技术、方法不断创新、优化,并作为利剑助力这场战役的早日胜出。

要想打赢这场人类和癌症的战役,知己知彼是十分重要的,在开火前要知道敌军在哪儿,不能误伤平民。而免疫组化染色法(immunohistochemistry ,IHC),就是侦察兵,它在抗体上结合萤光或可呈色的化学物质,利用免疫学原理中抗原和抗体间专一性的结合反应,检测细胞或组织中是否有目标抗原的存在,如果这个目标抗原是在癌细胞上,也就可以通过这个方法了解敌军癌细胞在哪里。

免疫组化染色法的优势在于专一性强、灵敏度高、简便快速以及成本低廉,所以广为在各医院、研究所中应用,通常是借由特定的肿瘤标记来筛选癌症。随着时代的发展,免疫组化染色法初期常用的手工染色,容易出现各项指标稳定性差、染色不均匀、有边缘效应及非特异性背景等现象。目前,免疫组化技术正进入一个新的发展阶段——自动化免疫组化染色技术。

自动化免疫组化染色技术从 19 世纪 80 年代开始发展,至今已有近 20 年历史。第一台自动化免疫组化染色机是将试剂放置在旋转盘上,并使用电脑控制的微流体运输系统进行染色操作。近几年自动化免疫组化染色技术发展迅速,经过几次更新换代,目前已经将全自动、免疫组化和原位杂交染色整合为同一平台,其操作界面简单并可与实验室信息系统直接连接,大大优化了病理科的工作流程。

目前自动化免疫组化染色系统主要是基于以下四种染色技术中的一种进行染色的。

开放式个性化切片染色技术(OpenIndividual Slide Staining)

该技术将切片平行排列,使用液体分配器将试剂分配到切片的不同区域,根据组织的位置和大小可以选择一个区域或多个区域添加试剂,为最接近手工染色的染色技术。



图 1. 开放式个性化切片染色技术,试剂通过液体分配器自动添加在组织上部,该原理已经应用在很多染色系统       

           

液体覆盖技术(Liquid Overlay Technology)

该技术通过液体流作用在整个切片上,从而实现试剂覆盖/沉积成覆盖流体。此技术允许切片上试剂混合,同时进行温控避免试剂蒸发,但是在切片染色完成并封片前一定要清洗掉覆盖的液体流。



图 2. 液体覆盖技术,试剂覆盖或沉积成覆盖流体

管状间隙染色技术(Capillary Gap Staining)

该技术通过毛细管力将试剂保持在两个平面单元,可以是带有组织的两张切片,也可以是切片和盖板。两个平面之间需要狭窄固定的空间来维系毛细管力作用于整张切片。



图 3. 管状间隙染色技术,两个平面之间非常狭小的空间形成了毛细管力,使得试剂保存在两个平面之间

           

动态间隙染色技术(Dynamic Gap Staining)

最新的动态间隙染色技术应用毛细管力原理,染色盖在孵育和清洗过程以 16 秒循环方式向前-向上-向下-向后运动。这样确保试剂平均分配到整张切片表面,能够有效地混匀试剂,并保证试剂孵育区域均一的反应条件及清洗步骤中有效和可控的清洗条件。染色盖的应用,结合染色仓的高保湿性,避免了试剂的蒸发,因此染色可以在温控条件下确保染色结果的均一性和可重复性。



图 4. 动态间隙染色技术,染色盖以 16 秒循环方式向前-向上-向下-向后运动

大多数自动化免疫组化染色系统的染色过程是连续性的,一旦切片上载,所有染色过程均按照程序处理,从上载切片到染色结束,整个步骤在同一染色模块完成。

近年随着自动化免疫组化染色机的不断优化,具有连续上载和并行处理优势的染色机越来越受到关注。在仪器的不同模块,可以同时处理不同的染色程序,有的模块用于组织的脱蜡和修复,有的模块用于组织的染色,这种平行处理原则优势在于:

  • 每个模块能够极大地优化、处理特定的染色步骤

  • 对于新上载切片的程序调整具有高度的灵活性

  • 多个步骤同时处理,节省时间

而连续上载可实现紧急病例单张优先处理,并且可减少第一批切片的出片时间,同时可以不断地优化染色条件,增加工作流程的灵活性。具有连续上载功能的染色机的染色时间是依靠仪器的“空闲”时间,因此新的切片和新的试剂上载不会影响到正在处理的切片染色流程。

           

瑞金医院于半年前引进了安捷伦 Dako 公司 2015 年推出的自动化免疫组化染色系统 — 免疫组化和原位杂交系统 Omnis。Omnis 采用最先进的染色技术 — 动态间隙染色技术,这种技术大大减少了科室染色切片染色不均和边缘效应等现象,其染色系统为连续上载和并行处理模式,具有高样品通量的特点。另外,此系统的试剂存储单元具有温控系统,可以保持在 18℃,这样可以避免长时间染色及过夜染色时环境温度的变化对试剂效价的影响,同时整个染色过程均可实现温度(32℃)及湿度(70%-80%)可控,从而保证染色条件的稳定性,为质控提供了客观保证。Omnis 系统内置了 60 个温控试剂位,最多可同时放置 53 种一抗,这些多品类的试剂位基本上保证科室日常所需要使用的一抗品目。同时 Omnis 仪器使用的所有试剂及废液具有安全及提示功能,并且每种液体可以有多个试剂桶,在机器运行时可以进行液体的添加、替换及清理,换液高度设计人性化,日常操作简便。

目前,瑞金医院的乳腺癌和淋巴瘤套餐中的系列抗体均在 Omnis 上进行染色,以下是两个病例的染色结果[1]

1. 男,17 岁,左腹股沟淋巴结肿大。病理诊断结果:(左腹股沟淋巴结)T 淋巴细胞性淋巴瘤


                 

2. 女,68 岁,发现右乳包块半月余,右乳穿刺标本。病理诊断考虑为浸润性导管癌。


                   

截至 2017 年 6 月,安捷伦 Dako Omnis 系统已经在瑞金医院正常运转六个月。有老师评论:“该系统可以同时进行免疫组化染色和快速 FISH 检测,两个系统并行工作,非常方便科室灵活选择。同时该系统能够实现连续上载和并行处理,两个半小时可以完成第一批染色,每 50 分钟可以完成新一批染色,并可以进行过夜处理,大大提高了我科室的工作效率,并得到比较理想的染色结果及医生的一致好评。”

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