小议mIHC/mIF的现状和未来前景

健康   2024-08-07 09:30   江苏  
传统的免疫组化(IHC)是一种在组织病理学领域常用的诊断技术,但存在一定的局限性。其中最关键的是,这项技术只允许在每张组织切片只标记一个抗体。这导致如果想同时了解细胞之间的关系或者鉴别诊断的时候特别困难。
多重免疫组织化学/免疫荧光(mIHC/IF)技术允许在单个组织切片上同时检测多种标记物,已被引入并采用于研究和临床环境中,以响应对改进技术日益增长的需求1-6
各多重荧光免疫组化机制示意图


许多高度复用的组织成像技术也出现了,允许对细胞组成,功能状态和细胞-细胞相互作用进行全面研究,这表明提高了诊断效率。新技术的结合提供了标记物分布和组织组成的全面视角,并有望解决围绕各种复杂疾病发病机制的主要问题。在研究来自稀有供体的样本时,在单个切片上标记多个标记的能力具有特别重要的意义,因为稀有供体的组织可能很难获得1-2



 mIHC/IF染色流程2

1. 抗体选择和标记:选择特异性强、交叉反应低的抗体。每种抗体可以结合不同的荧光染料或酶标记物。

2. 染色过程:将多个抗体按顺序或同时应用于组织切片。荧光染料或酶标记物可以通过不同波长的光或化学反应显现出来。

3. 信号检测和分析:使用荧光显微镜或其他成像设备对组织切片进行成像,通过不同波长的光源或化学反应检测多种标记物的表达。


光镜多重免疫组化连续单玻片染色(MICSSS)




染色平台2

mIHC可以通过一次添加多个标记物到载玻片(如Ventana RocheTM或Biocare MedicalTM),或者通过循环染色步骤的方法来实现。

mIF技术有多种平台,包括标准IF可支持4-5个复合分析,以及6-8个复合分析的多光谱技术(Vectra 3.0TM/ polarism)。

高阶复合方法包括飞行时间多路复用离子束成像(MIBI-TOF)、成像质谱细胞分析(IMC)和数字空间分析(DSP)等。这里将讨论支持这些不同方法的基本原则,以及每种方法的优缺点(见表1)。

下图是多重免疫组织化学(mIHC)/多重免疫荧光(mIF)成像区域不同

恶性黑色素瘤的代表性玻片显示了用于每种技术分析的感兴趣区域(ROI)的相对区域。mIF、数字空间分析(DSP)或质谱分析可以获得邻近的ROI,从而对整个肿瘤进行分析。光学显微镜下的IHC需要大约2-4分钟来获取整个玻片图像,而质谱分析的每个ROI需要15-120分钟,这取决于使用的平台和期望的分辨率。



mIHC和mIF的实践应用

1. 癌症研究和诊断

1)肿瘤微环境研究:在癌症研究中被广泛用于分析肿瘤微环境中的各种细胞类型,如免疫细胞、基质细胞和肿瘤细胞。通过多重标记,可以更深入地了解肿瘤的免疫逃逸机制和病理特征。

2)个性化治疗:帮助识别患者肿瘤中具体的生物标志物,从而制定个性化的治疗方案,提高治疗效果。


2. 免疫疗法评估

1) 疗效监测:用于评估免疫疗法的疗效,通过检测治疗前后肿瘤微环境中的变化,判断治疗效果。

2) 预测治疗反应:检测患者样本中的生物标志物,预测患者对特定免疫疗法的反应,为临床决策提供依据。


3. 药物开发

药物筛选和验证

1) 高通量筛选:药物筛选中用于评估候选药物对多个标记物的影响,提高筛选效率。

2) 药效评估:在药物开发过程中,用于验证药物在体内外模型中的效果,帮助优化药物设计。


4. 毒性研究

1) 多重标记分析:用于毒性研究,通过多重标记检测,评估药物对不同细胞类型和组织的影响,确保药物的安全性。


5. 基础研究:

细胞生物学和发育生物学

1) 细胞间相互作用:在细胞生物学研究中用于分析细胞间相互作用和信号传导途径,通过多重标记检测细胞内外的变化。

2) 组织分化研究:在发育生物学中,用于研究组织和器官的发育过程,通过检测多个发育标记物,揭示发育机制。


神经科学:

1) 神经网络研究:在神经科学中用于研究神经元和胶质细胞的分布和功能,通过多重标记检测神经网络的结构和活动。

2) 神经退行性疾病研究:用于分析神经退行性疾病中的病理变化,帮助理解疾病机制并寻找潜在治疗靶点。


mIHC/mIF的产品6

以下是几家在多重免疫组化(mIHC)领域取得显著成功的公司及其相关产品:

1. Akoya Biosciences

产品:Opal Multiplex IHC Kits

特点:Opal试剂盒允许在单一组织切片上同时检测多个蛋白质标记物。它使用荧光染料和特定的抗体,提供高灵敏度和特异性的检测。

应用:广泛应用于肿瘤微环境研究、免疫疗法评估和基础研究。

2. PerkinElmer

产品:Phenoptics Quantitative Pathology Research Solutions

特点:包括Vectra Polaris成像系统和inForm图像分析软件,提供多重标记物检测和定量分析。

应用:用于癌症研究、药物开发和病理学研究,帮助揭示复杂的生物学过程和疾病机制。

3. Roche Diagnostics

产品:VENTANA Multiplex IHC Assays

特点:提供全自动化的IHC染色和多重标记物检测,确保高通量和高重复性的结果。

应用:广泛应用于临床诊断、肿瘤研究和个性化医疗。

4. Cell IDx

产品:UltraPlex Multiplex IHC Kits

特点:提供多重标记物检测,结合高灵敏度和快速检测能力,适用于FFPE(福尔马林固定石蜡包埋)组织样本。

应用:用于免疫监视、肿瘤微环境研究和临床研究。

5. Bio-Techne (through Advanced Cell Diagnostics, a Bio-Techne brand)

产品:RNAscope Multiplex Fluorescent Assays

特点:RNAscope技术结合mIHC和RNA原位杂交,允许同时检测RNA和蛋白质标记物

应用:在基因表达研究、肿瘤生物学和药物开发中广泛应用。

6. Thermo Fisher Scientific

产品:Invitrogen Multiplex IHC Kits

特点:提供各种多重IHC试剂和配套的检测平台,确保高灵敏度和特异性。

应用:用于基础研究、临床前研究和病理学分析。



这些公司通过不断创新和优化其mIHC产品,在科研和临床应用中取得了显著成果,推动了多重免疫组化技术的发展和普及。这些产品广泛应用于肿瘤研究、免疫学、神经科学等领域,帮助研究人员和临床医生更好地理解和治疗各种疾病。


mIHC/mIF面临的技术和运用的挑战2-4

1. 抗体选择和特异性

1) 抗体特异性:选择具有高特异性的抗体是关键,以确保每个抗体只结合其特定的目标蛋白,避免非特异性结合。

2) 抗体优化:不同的抗体可能需要不同的染色条件(如孵育时间、温度、pH值等),优化这些条件以确保最佳的染色效果。


2. 抗体交叉反应

1)交叉反应:多种抗体同时应用时,可能会出现交叉反应,即一个抗体与非目标蛋白结合。这会导致误判和错误数据。

2)多重染色顺序:选择合适的抗体应用顺序,以最小化交叉反应的可能性。


3. 信号检测和分辨率

1) 信号强度和背景噪音:确保信号足够强,同时减少背景噪音,以提高检测的灵敏度和准确性。

2)多重标记物的分辨率:在同一个样本中检测多个标记物时,确保各个标记物的信号清晰可分辨。


4. 数据分析

1)图像分析:多重标记物的检测会生成大量复杂的图像数据,如何高效、准确地分析这些图像是一个挑战。

2)数据整合和解释:整合多种标记物的表达数据,进行生物学意义的解释,需要强大的数据分析工具和生物信息学支持。


5. 标准化和可重复性

·1)标准化操作流程:建立标准化的实验操作流程,确保不同实验室之间的可重复性。

2)可重复性验证:通过重复实验验证结果的可靠性,确保mIHC技术在不同样本和不同实验条件下的一致性。


6. 技术设备和成本

1)高端设备需求:需要高端的显微镜和成像设备,这些设备价格昂贵,维护成本高。

2)实验成本:多重抗体和染料的使用增加了实验成本,可能对实验预算有限的研究者构成挑战。


7. 生物样本处理

1)样本质量:确保检测标本质量,如新鲜度和保存条件,以获得可靠的结果。

2)样本制备:优化组织切片和处理方法,以确保标记物的保存和检测效果。

综上所述,尽管mIHC技术具有广泛的应用潜力,但在抗体选择、信号检测、数据分析、标准化和成本控制等方面仍需克服一系列挑战。这些困难的解决将推动mIHC技术的进一步发展和应用。


未来发展

尽管mIHC显示出广泛的应用和技术进步,但仍面临一些挑战,如抗体的选择和优化、数据分析的复杂性以及成本问题。未来的发展方向包括:
1. 更多选择的抗体:开发更多高特异性的抗体,以满足不同研究和诊断需求。
2. 更先进的数据分析工具:利用人工智能和机器学习技术,开发更智能化的数据分析工具,提高数据处理和解释的效率。
3. 更节约的成本:通过技术创新和规模化应用,降低mIHC的实验成本,使其更加普及。


名词解释:

  1. 多重免疫组化(Multiplex Immunohistochemistry,简称mIHC):是一种扩展了传统免疫组化(IHC)技术的方法,用于在单一组织切片上检测多种蛋白质标记物。mIHC的原理是通过使用多个不同的抗体,每个抗体绑定一个特定的蛋白质标记物,从而在组织切片上展示出不同的蛋白质表达情况。

  2. 多重免疫荧光技术(Multiplex immunofluorescence,简称mIF):是一种利用荧光标记的特异性抗体和荧光显微镜或荧光扫描仪同时检测多个分子的方法,过去常用于细胞和组织样品中的免疫细胞学和药物研发领域,近年来逐渐在临床病理学显示了巨大的应用潜力。


参考文献:

  1. 多色标记免疫组织化学染色和免疫荧光染色在肺癌免疫治疗中的研究进展

  2. The Society for Immunotherapy of Cancer statement on best practices for multiplex immunohistochemistry (IHC) and immunofluorescence (IF) staining and validation

  3. Multiplex Immunofluorescence: A Powerful Tool in Cancer Immunotherapy

  4. Redefining Tumor-AssociatedMacrophage Subpopulations andFunctions in the TumorMicroenvironment

  5. State-of-the-Art of Profiling Immune Contexture in the Era of Multiplexed Staining and Digital Analysis to Study Paraffin Tumor Tissues

  6. Overview of multiplex immunohistochemistry/immunofluorescence techniques in the era of cancer immunotherapy


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