固態(tài)光源點(diǎn)亮熒光原位雜交技術(shù)---提升生物醫學(xué)研究和臨床診斷新選擇

什么是FISH？

當然這里的FISH并非水里游的魚(yú)類(lèi)，而是熒光原位雜交（fluorescence in situ hybridization，簡(jiǎn)稱(chēng)FISH），這是一種基于雙鏈核酸互補堿基配對的細胞或者組織中特定核酸序列（DNA或者RNA）檢測的技術(shù)。就如同釣魚(yú)一般，根據堿基互補原則，當使用已知標記單鏈核酸為探針（餌），如果與樣品中的未知單鏈核酸（魚(yú)）發(fā)生了特異性結合，形成可被檢測的雜交雙鏈核酸，并對該特定核酸順序進(jìn)行精確定量定位。

F:熒光（Flourescence）顯微鏡用于對靶核酸序列位置進(jìn)行成像。該技術(shù)的其他變體也使用顯色原位雜交（CISH）。

IS:靶核酸序列在其所在的細胞或組織的空間環(huán)境中原位（in suit）檢測。FISH提供有關(guān)位置的信息，以及靶核酸序列的同一性和多樣性。

H:識別特定核酸序列的基本原理是通過(guò)互補堿基配對將單鏈探針序列與單鏈靶序列雜交（hybridization）（圖1）。

圖1.熒光原位雜交(FISH)示意圖。用于臨床細胞遺傳學(xué)的DNA探針通常長(cháng)度約為100,000個(gè)堿基(100 kb)，每100個(gè)堿基約有5個(gè)染料。

FISH在生物醫學(xué)研究中的應用

FISH使科學(xué)家和臨床醫生能夠繪制基因圖譜，研究染色體組織，診斷和評估遺傳疾病，并表征染色體異常。一個(gè)感興趣的領(lǐng)域是染色體末端端粒區域的分析。端粒通過(guò)保護染色體末端不降解，在細胞分裂過(guò)程中保存遺傳信息方面發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。端粒異常（如重復或缺失）可以通過(guò)使用FISH的篩選輕松識別，其中端粒用熒光探針序列標記（圖2）（1）。鑒于端粒不規則性可導致各種疾病，例如與年齡相關(guān)的綜合征或癌癥，端?；兊蔫b定可以為疾病機制提供新的見(jiàn)解，并指導靶向治療的開(kāi)發(fā)（2）。

（1）Telomere analysis using 3D fluorescence microscopy suggests mammalian telomere clustering in hTERT-immortalized Hs68 fibroblasts.

（2）Molecular cytogenetic analysis of telomere rearrangements.

雖然FISH是生物醫學(xué)研究中使用的強大細胞遺傳學(xué)工具，但細胞內特定核酸序列的可視化在很大程度上依賴(lài)于照明的質(zhì)量和功能。通過(guò)在面對嚴苛的工作負載時(shí)能保持始終如一的性能，Lumencor 光引擎使臨床醫生、研究人員和設備制造商能夠實(shí)現更好的基因組和分子診斷。

圖2.人類(lèi)細胞的染色體組型，該細胞在分裂中期含有46條染色體。DNA以DAPI染色（藍）并通過(guò)使用PNA-TeIC探針(綠)以FISH檢測端粒。由于每條染色體含有兩個(gè)染色單體，并且每個(gè)染色單體中都包含兩個(gè)端粒，因此共觀(guān)察到184個(gè)雜交探針。（圖像比例尺=5μm）

*圖像是使用Nikon Ti Eclipse寬場(chǎng)系統和Lumencor Light Engine獲取的，Lumencor系列固態(tài)光源可以適配各類(lèi)主流顯微鏡品牌。

FISH光源的五大照明要求，固態(tài)光源來(lái)滿(mǎn)足

1.支持多重檢測的光譜范圍

Lumencor的SOLA FISH光引擎是為FISH應用量身定做的型號，其輸出的光譜允許使用具有五個(gè)或者更多激發(fā)/發(fā)射波長(cháng)范圍的熒光標記來(lái)同時(shí)檢測相應數量的不同DNA靶序列。遺傳性疾病通常是多因素的，因此這種光譜的多樣性是一種普遍的要求。例如，特異性分析物試劑盒（analyte specific reagent kits) 如Vysis MultiVysion PB 多色FISH探針試劑盒 (Abbott Molecular) 可以用于同時(shí)檢測13、16、18、21和22號染色體的拷貝數，這對于檢測對胎兒健康和生存能力有重大影響的染色體異常至關(guān)重要。固態(tài)光源（如SOLA FISH）有助于設計光譜輸出，以盡可能滿(mǎn)足于此類(lèi)細胞遺傳性測試的要求（圖3）。

圖3.SOLA FISH光引擎輸出光譜和chroma激發(fā)濾光片，用于SpectrumBlue、SpectrumAqua、SpectrumGreen、SpectrumGold 和 SpectrumRed。這些熒光團被摻入用于確定染色體 13、16、18、21 和 22 的拷貝數的 FISH 探針中，這在多重檢測允許同時(shí)檢測。

2.線(xiàn)性光強調制

使用SOLA FISH等固態(tài)光源時(shí)，輸出光可通過(guò)20倍動(dòng)態(tài)范圍的線(xiàn)性控制響應進(jìn)行電子衰減。當需要調整照明強度以適應樣本之間的差異時(shí)，通過(guò)電子軟件控制即可完成，這是可預測和可重復的方式，而無(wú)需插入中性密度濾光片等附加光學(xué)元件。此外，使用電子衰減時(shí)輸出光譜也不會(huì )受影響。

3.設備間的一致性

當購買(mǎi)用于多個(gè)細胞遺傳學(xué)檢測設備的光源組時(shí)，所有光源的性能和操作特性的一致性至關(guān)重要。低方差意味著(zhù)內部數據一致和操作效率。固態(tài)光引擎（如 SOLA FISH）顯然滿(mǎn)足這些要求，多個(gè)設備間光譜輸出相當一致（圖 4）。

圖4.隨機選擇的28臺Lumencor SOLA光引擎的光譜分布和光功率。2%的方差系數表明光引擎之間的一致性和相同的有效性能。

4.使用壽命長(cháng)、運行可靠

固態(tài)光源無(wú)需維護，與每年需要數千美元更換燈泡的汞燈以及金屬鹵化物燈相比，其耗材費用極低。SOLA FISH的成本可以在其10-15年的工作壽命內的2-3年內，通過(guò)耗材支出的節省得到回收。

5.內置計量和自動(dòng)化兼容性

SOLA FISH 等現代固態(tài)光源集成了板載微處理器，除了控制操作外，還可以監控系統性能。累計光輸出時(shí)長(cháng)、功耗和內部工作溫度等數據可用于上傳到實(shí)驗室信息管理系統 （LIMS） 并支持監管合規性驗證。此外，多個(gè)光引擎可以通過(guò)以太網(wǎng)連接，允許從單個(gè)中心點(diǎn)進(jìn)行操作控制。

總的來(lái)說(shuō)，Lumencor的SOLA FISH光引擎結合了厲害的技術(shù)、可靠性和成本效益，使其成為各種研究和臨床環(huán)境中FISH應用的選擇。

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