蛋白芯片和组织芯片

不同种类的蛋白质芯片的特点
类别
特点
玻璃表面构建的 可以与基因芯片的制作和检测工具配套使用；很容易蒸发；不适合用于多步
蛋白质芯片
反应；造价便宜；容量较小；容易发生交叉污染
多孔微胶垫上构 可以与基因芯片的制作和检测工具配套使用；不易蒸发；可以用于多步反应， 建的蛋白质芯片 但是有其较固定的缓冲条件；造价昂贵；容量较大；不易发生交叉污染
基因芯片
蛋白芯片
组织芯片
靶分子种类 同一样本中不同基因
同一样本中不同蛋白
不同样本中同一蛋白或基 因
标本类型
体液、组织提取液中的 体液、组织提取液中的蛋白标
核酸标本
本
组织标本
检测方式
非原位检测
非原位检测
原位检测
分析工具
扫描仪
扫描仪
光学显微镜
制备工艺
复杂
相对简单
简单
成本
高
较高
低
自动化程度
高
较高
低
用途
同一样本中的不同基因 的检测
Barlund 等用基因芯片技术结合 组织芯 片技术检测分析 了S6K 和 HER-2 基因 在 984 份乳腺癌组织中的扩增情况，显 示 S6K 表达水平与乳腺癌恶性程度正相 关，S6K 和 HER-2 基因同时表达的患者 预后差。
组织芯片在病原体检测中的应用
扩增病原体特异性基因用作TMA 原 位杂交探针或制备探针对于病原体特 异性抗原的抗体进行TMA 免疫组织 化学染色，从基因或（ 和）蛋白质 水平增加高通量原位检测组织、细胞 病原体感染的可能性。
01 组织芯片又称组织微阵列（ tissue microarray，TMA），
它是将数十个乃至数以千计不同来源的组织样品粘贴到 同一张固相载体如玻璃片或硅片上，形成组织微阵列。
02
它的最大便利之处在于可以对大量组织标本同 时进行检测，缩短了检测时间，减少了不同染 色玻片间人为造成的差异，使得各组织或穿刺 标本间对某一生物分子的测定更具有可比性。
Arias 等在含有62 例异体移植的肾切 除和20 例自身肾组织的TMA 上进行 EB 病毒编码的小RNAs（EBER-1 和 EBER-2）原位杂交和免疫组化染色， 发现在异体移植的肾组织中EBER 的 表达率为30. 6%，而非移植的肾组织 中EBER 的表达率仅为5%，在一些 失败的异体肾移植病例中，部分淋巴 细胞有EB 病毒潜伏感染的迹象。
（三）组织芯片的特点
01技术特征
一．体积小，信息含量大。 二．获得大量结果。 三．减少试验误差。
02经济特征
一．省时、省力、经济。 二．有利于原始蜡块的保存。
（四）组织芯片的制备
01
组织样本的收 集
02
组织样本的处理 脱水，透明
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制成组织微阵列
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封片
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染色
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切片脱蜡及水化
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贴片与烤片
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• 蛋白质芯片的检测方法
1.探针标记检测法 2.无探针标记检测法 3.动态分析检测法
1.探针标记检测法
➢ 根据标记探针的特点大致分为两种： • 荧光标记的探针，目前最常使用的检测方法，简单；安全；高灵敏度。 • 放射性同位素标记的探针
2.无探针标记检测法
有人运用表面增强激光解吸电离（surface-enhanced laser desorption ionization，SELDI）质谱来检测低密 度蛋白质芯片。
微孔板上构建的 可以与基因芯片的制作和检测工具配套使用；不易蒸发；适用于多步反应；
蛋白质芯片
造价便宜；容量较大；不易发生交叉污染
（五）蛋白质芯片的制备及检测方法
01 蛋 白质芯片载体（基片）的选择与处理
• 蛋白质芯片的载体以玻璃片和滤膜最为常见。主要用含环氧基团的有机物处理基片上。 • 的羟基, 通过环氧基团进一步偶联或衍生化，以达到连接蛋白质（配基）的目的。
一 组织芯片技术产生的背景 二 组织芯片的概念 三 组织芯片的特点 四 组织芯片的制备 五 组织芯片的应用 六 组织芯片的前景 七 组织芯片技术的不足之处及改进方向
（一）组织芯片（tissue microarray）技术产生的背景
1986 年，Battifora 手动包裹脱蜡脱水的组织标本成香肠形，并随机组 合，用石蜡重新包埋、切片，用免疫组化方法检测同一玻片上多个组 织，这是组织芯片雏形。
2. 疾病诊断的研究。目前，临床上应用的蛋白质芯片主要是用于检测肿瘤标志 物的蛋白质芯片。
华中科技大学范雄林教授使用蛋白芯 片技术揭秘了新冠肺炎无症状感染者 抗体变化规律。
3. 抗体筛查。 例如，对噬菌体抗体库一次可对上万个不同的抗体克隆进行检测。
4. 药物筛选、药代动力学研究。 5. 在毒理学中的应用。 6. 环境监测。 7. 食品卫生安全的监测。
（七）蛋白质芯片的应用
1. 用于蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸、蛋白质-脂类等相互作用研究；特异性蛋 白质的筛选；功能蛋白质组研究。
上海交通大学医学院陈国强院士研究 团队成功运用人类蛋白质组芯片技术， 发现并证实了核蛋白PTEN与剪接体 蛋白的相互作用，通过影响高尔基体 的伸展和分泌来发挥其肿瘤抑制作用 的新机制。相关研究成果发表在 《Nature Communications》上。
进一步改进基片材料的 表面处理技术与蛋白质 固化技术，以减少蛋白 质的非特异性结合。
提高芯片的点阵速度， 以保持芯片表面配基的 稳定性和生物活性。
改进蛋白质的标记技术， 进一步提高信号检测的 灵敏度。
进一步提高检测结果的 分析方法，提供高分辨 率和灵敏度的成像设备 与分析软件，实现成像 与数据分析一体化。
（七）组织芯片技术的存在的问题
TMA 技术目前存在的问题
• 如此高密度的芯片很难要求病理专家来识别，能够对芯片进行高通量分析 的自动化分析系统还没产生，因此读取如此大量数据还存在困难，相配套 的自动阅读分析系统和信息处理系统尚需进一步完善。
• 现在制备的多为石蜡标本组织芯片。但是石蜡包埋组织芯片也有它的局限性， 它不能同时检测DNA、mRNA及蛋白质的改变，因为三者最佳固定条件不同， 冷冻组织芯片可克服上述缺点但制作过程复杂，总体效果有待改进。
蛋白芯片和组织芯片
2023.07.06
一 蛋白质芯片技术产生的背景 二 蛋白质芯片的概念 三 蛋白质芯片的特点 四 蛋白质芯片的分类 五 蛋白质芯片的制备及检测方法 六 抗体芯片 七 蛋白质芯片的不足及改进方向 八 蛋白质芯片的应用
（一）蛋白质芯片技术产生的背景
01
随着分子生物学的发展，基因芯片技术的成熟了进一步
具有实际意义和广 阔的市场前景。
2001年，美国LifeSpan 生物科学公司建立了正 常和疾病组织基因表达 数据库。美国 Tissuelnformactics公司 用动物组织芯片技术进 行药物毒理筛选和寻找 新药物作用位点。
日本、英国等国正积极 筹建国家临床组织病理 数据库。
中国在组织芯片技术方 面的研究刚刚起步，但 进展迅速。
推动蛋白质功能的研究及相关技术的发展。
1994 年 Wilkin 和 Williams 首次提出了蛋白质组(proteome)的
02
概念。与经典的蛋白质化学研究相比,它着眼于全面性和整体
性来研究所有蛋白质的性质与功能及蛋白质相互作用。
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人们需要一种新的技术来进行大规模的蛋白质分析, 蛋白芯片
(protein chips)或称蛋白微阵列(protein microarrays)技术于是应运而生。
（六）抗体芯片
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抗体芯片是一个非常好 的研究工具，它也是蛋 白质芯片中发展最快的 芯片，而且在技术上已 经日益成熟。
02
抗体芯片有的已经在向 临床应用上发展，比如 肿瘤标志物抗体芯片等， 还有很多已经用在研究 的各个领域里。
C-12多种肿瘤标志物蛋白质芯片检测系统
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通过同时定量测定分析被检测者血清中的12种肿瘤标志 物含量及变化情况。
蜡块的切片
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组织样本的包埋
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免疫组化、 原位杂交
组织阵列蜡块制备示意图
各种不同设计的已融合的组织阵列蜡块
各种不同低、中、高密度组织芯片
1,2是低密度组织芯片（组织点<200）。3,4,5,6是中密度组织芯片(组织点200-600)。7,8是高密度组 织芯片(组织点>600)
各种不同组织芯片排列设计
对常见的肝癌、肺癌和胃癌等十多种癌症进行早期筛查，能 极大地提高癌症早期检出的敏常感。
还可以此作为判断常见肿瘤的发生、发展、治疗效 果及预后的监测指标。
（七）蛋白质芯片技术存在的问题及改进方向
蛋白芯片的制作是其应 用的关键因素之一。目 前蛋白芯片的制作方法 较为费时、成本较高， 特别是涉及大量不同种 类的蛋白质的高效表达 与纯化问题需要解决。
同一样本中不同蛋白的检测
不同组织中同一蛋白或基 因
（二）蛋白质芯片的概念
蛋白质芯片是将各种微量纯化的蛋白质阵列在一种 高密度的固相载体上，并与待测样品杂交，以测定 相应蛋白质的性质、特征以及蛋白质与生物大分子 之间的相互作用的方法。
在蛋白质芯片的研究中，通常把抗体固化制作成 “蛋白质芯片的探针”来检测多种待测蛋白质，制 成抗体芯片。
原子力显微镜（atomic force microscopy，AFM）也 可以作为蛋白质芯片的检测工具。检测蛋白质芯片结 合前后表面拓扑学性质的变化。
3.动态分析检测法
表面等离子共振生物传感器（surface plasmon resonance，SPR）检测法
SPR检测法的原理：利用表面等离子共振现象监 测传感片表面介质的折射率变化，而这一变化 仅和传感片表面结合的生物大分子的量成正比， 溶液中的分子不会干扰。
（五）组织芯片应用
1
分子流行病学：芯片上的多样本代
2
用于检测同一肿瘤不同亚型中基因或蛋
表的是群体研究而不是个体研究。
白产物的表达。
3
用于检测不同肿瘤中同一指标的表
4
肿瘤诊断。
达。
5 肿瘤分类。
6 肿瘤浸润与转移研究。
7 指导肿瘤治疗。
8 判断肿瘤预后。
9 药物筛选。
组织芯片在肿瘤中的应用
组织芯片技术为进行多种肿瘤的多指标 （DNA、mRNA、蛋白指标）高通量原 位分析提供了时间、空间和资源的可行 性。
02 配基的固定
目前经常采用的方法是点加法: 接触点加法和喷墨点加法。
蛋白质芯片的封闭
由于配基直接暴露在空气中容易变性， 直接降低蛋白质芯片的检测质量。通 常在蛋白
芯片的表面用封闭液进行封闭。
封闭液一般为含小牛血清白蛋白 （BSA）的缓冲液，主要用于封闭 未结合配基的醛基；
同时在芯片表面形成一层BSA分子 层, 减少检测中与其他蛋白的非特异 性结合，并保护
次年，Wan 等改良这种方法，把石蜡包埋的组织软化，制成管状，随 机排列，常规切片后同步检测多个组织标本，主要用于单克隆抗体筛 选。
1998年《Nature Genetics》首先报道，Kononen 等首次提出组织 芯片的概念并证实了其有很大的应用价值，此后该技术迅速发展起来。
（二）组织芯片的概念
组织芯片在形态学教学中的应用
在生物学、组织胚胎学及病理学的形 态学教学工作中常需要大量组织切片， 其制备繁琐，工作量大，储存、携带 不便。
TMA 技术可以把所有的组织切片集 中到一张普通玻璃切片上，大大减少 切片储存空间，学生可以根据实际需 要对所学知识进行系统观察，极大地 方便了学生在专业课学习过程中的预 习与复习。
（三）蛋白质芯片的主要特点
（四）蛋白质芯片的分类
按蛋白质性质分类
一．无活性芯片：将已经合成好的蛋白质 以高密度阵列点样在芯片上，进行杂 交反应。
二．有活性芯片：把生物体直接点在芯片 上，并原位表达蛋白质。
按形式分类 一．玻璃载玻片芯片（在玻璃表面构建） 二．3-D胶芯片（在多孔凝胶垫上构建） 三．微孔芯片（在微孔板上构建）
组织芯片在本实验室课题中的应用
ALDH1A3蛋白在食管癌组织中的免疫 组化分析
SLC39A8蛋白在食管癌组织中的免疫 组化分析
（六）组织芯片的前景
对人类基因组学的 研究与发展，尤其 对基因和蛋白质与 疾病关系的研究， 疾病相
关基因的验证、新 药物的开发与筛选、 疾病的分子诊断， 治疗过程的追踪和 预后等方面
配基的生物活性。
将各种蛋白质有序地固定于滴定板、滤膜和载玻 片等各种载体上制成检测用的芯片。
用标记了荧光分子的样品与芯片反应。 经漂洗将未能与芯片上的蛋白质作用的成分洗去。 利用荧光扫描仪测定芯片上各点的荧光强度。 通过荧光强度分析蛋白质与蛋白质相互作用的关
系，测定各种蛋白质。
蛋 白 质 芯 片 的 简要操作步骤 （以样品直接荧光标记为例）