组织芯片技术简述

组织芯片技术简述
摘要：组织芯片技术是近年来基因芯片(DNA芯片)技术的发展和延伸，属于一种特殊生物芯片技术。

组织芯片技术可以将数十个甚至上千个不同个体的临床组织标本按预先设计的顺序排列在一张玻片进行分析研究，是一种高通量、多样本的分析工具。

本文就组织芯片技术的原理、发展、特点及应用进行一个简单介绍
关键词:组织芯片原理发展特点应用
正文
一．原理
组织芯片(tissue microarray，TMA)是一种新型生物芯片技术，又叫组织微阵列。

由Konanen等人于1998年建立，它建立的初衷是为了在一次实验中对大量组织样品进行平行研究。

它将大量组织样本集成在一张固相载体（如石蜡块）上，可以按照预定的数量来“扩增”组织，可以结合其他技术，例如组织芯片技术可以与DNA、RNA、蛋白质、抗体等技术相结合，在基因组、转录组和蛋白质组等三个水平上进行研究。

TMA构建原理可以概括为以下四个步骤：
1.选取待研究的组织。

现在人们利用组织芯片技术对人体各组织均有研究，包括肝脏，前列腺，心脏，乳房等等，据相关数据显示，在大脑组织中的应用最多。

医学上常选取一些病变器官进行研究。

根据制作方法来分，微阵列主要有石蜡包埋的组织微阵列和冰冻微阵列两种。

2. 经检测后标记出待研究的区域。

组织微阵列的检测仪主要是高性能显微镜、荧光显微镜或共聚焦荧光显微镜。

适用的检测技术有苏木精—HE染色，免疫组织化学(IHC)染色，原位杂交(ISH)，荧光原位杂交(FISH），原位PCR，寡核苷酸启动的原位DNA合成(PRINS)等。

3. 使用组织芯片点样仪将标记好的组织按设计排列在空白蜡块上。

首先要利用打孔机在已经标记好的靶位点上进行打孔，将组织芯转入蜡块孔中，重复操作可转入上千个样品组织芯。

4. 使用切片机对阵列蜡块进行连续切片即获得组织芯片。

根据制作方法来分，微阵列主要有石蜡包埋的组织微阵列和冰冻微阵列两种。

后者可以克服上述前者的多种缺陷(含醛基的化合物(可能损伤RNA或使目标抗原结构断裂或破坏抗原——抗体结合位点，另外，石蜡包埋乙醇固定过的组织也无法避免RNA降解）。

二．发展
组织芯片出现的初衷是为了让小型化、高通量方法分析完整组织和细胞的想法得以实现。

过去的十几年时间，组学（如基因组学(genomics)、转录组学(transcriptomies)和蛋白质组学(proteomics)等）的兴起在生命科学领域中开启了更多的天地，而随之而来的是非常庞大的数据，传统的新鲜冷冻切片或石蜡包埋组织切片技术已经不能满足人们的需要，开发解释这些大量数据的技术变得十分必要。

在这种情况下，组织芯片技术应运而生。

在组织芯片技术出现之前，也有过许多对传统石蜡包埋技术的改进技术，例如1986年由Battifora等提出的“香肠技术”(sausage tech—nique)，该方法是将组织标本用手工随机组合和排列，然后重新包埋和切片。

这种技术的主要缺点是，能容纳的组织样品数量非常有限，而且难鉴定特定肿瘤或组织样品，也不能对原有存档蜡块进行回顾性研究。

1998年，美国国立卫生研究院(NIH)下属的国家人类基因组研究所的Kononen博士等将多达1000个圆柱状活检肿瘤组织样品固定在单张载玻片上，制作成微阵列切片，这种基于组织的微阵列提供了平行原位检测阵列各样品中DNA、RNA和蛋白质的新技术，用连续的切片可以快速分析同一组样品的成百上千的分子标志物Kononen等的组织微阵列技术通过采用高精度打孔仪(punching in—strument)完美地克服“香肠技术”(sausage tech—nique)用手工包埋的缺点。

这个打孔仪能够精确并可重复地放置和重新定位特定组织样品，开创了组织芯片技术的先河。

该技术采用6ram大小的活检组织样品，将500～1000个组织样品排列于一个石蜡块上，可从中切出100余张切片。

组织芯片技术问世后，很快得到了生命科学基础研究和临床医学领域以及生物技术业界的广泛关注。

现在，国际上发表的组织芯片技术相关论文已有百余篇。

在中国，截止至2004年，利用组织芯片技术的学术论文已经发表了126篇。

组织芯片出现之初仅仅应用在了肿瘤研究上，但近年来，组织芯片的可利用研究领域在渐渐扩大，主要还是在病理学上的应用。

这种新的技术使传统的病理学焕发了新的活力。

三．特点
组织芯片在生物技术的生物医学领域能如此大放异彩，主要是它拥有以下特点:
1.TMA的高通量性
组织芯片与传统的病理学方法相比，最大的优点就是可以快速对大量的组织样品进行研究。

传统的石蜡包埋等病理学研究手段一次至多只能对300多个靶分子进行免疫分析，而面对拥有4万基因的人类基因组来说，这无疑是杯水车薪。

组织芯片的点阵非常小（(直径约为0．6～2ram)，一张芯片上可排列至少500个组织样品，一次可以制作100多个芯片。

同样的一张切片，组织芯片上基因的代表性是传统切片的60倍。

2.TMA的节约性
同TMA的高通量相对，在病理标本资源的利用上，TMA比传统的病理学技术要更加节约标本。

TMA技术可大大节约宝贵的病理标本。

一个典型的组织阵列在一个标准的显微镜载片上拥有大约600个样品，但正在开发的新针头也许可以在每片玻璃上制备2000或更多的样品。

阵列的最后质量很大程度上取决于制备人的熟练程度。

Anderson等制备的最大的微阵列，其中包含4788个不同的样品，分别取自130种类型的肿瘤，分布在10个石蜡块上。

3.TMA的可靠性
国外某研究小组对数千个病例样本进行阴阳性检测，研究证实每例样本取三点组织芯即可反应中路组织的全貌并且可靠。

Kononen等(1998)使用TMA技术和免疫组织化学方法研究了645例各种乳腺癌组织标本，实验数据与传统病理切片的相应结果完全一致，同时发现对于p53等6种基因，新鲜标本和石蜡包埋的组织标本的检测结果没有差异。

Gancberg等(2002)对1．5mm直径的TMA切片及整个组织普通石蜡切片进行对比研究，分别对29例乳腺癌HER2进行FISH检测，结果发现只有1例TMA检测结果与普通切片检测结果不一致。

4.TMA的分子性
TMA可以使用分子生物学的手段来对相应的组织细胞进行改造和修饰，也可以用分子生物学的技术手段（PCR、RT—PCR等）来对组织进行研究。

分子诊断、预后指标的筛选、治疗靶点的定位、抗体和药物的筛选、基因和蛋白表达分析等
四．应用
1.在医学的应用
组织芯片在创始之初就是为了肿瘤研究。

例如使用cDNA微阵列和组织微阵列对三种上皮性卵巢肿瘤基因表达的分析、通过基因表达谱芯片筛选出与原发性腹膜后脂肪肉瘤发生和进展密切相关的基因。

利用应用组织芯片技术检测结直肠癌中MRP1/CD9的表达等等。

2.在药学的应用
评估药物靶标在关键组织中的表达是药物开发的重要组成部分。

例如，美国FDA要求检测候选药物靶标在32种不同器官中的表达情况，作为组织交叉反应性研究的一部分。

一些明确的药物靶标，如CD20(美罗华rituximab的靶标)和表皮生长因子(EGFR)，在正常细胞中也表达，结果用美罗华治疗病人引起恶性和良性B细胞缺失。

3.在分子生物学的应用
被用于评估分子改变的几乎总是原发性肿瘤，这是出于方便考虑，也是因为普遍认为原发性肿瘤与转移性肿瘤在遗传上的相似性。

仅有少数研究比较了大量原发性肿瘤与转移性肿瘤的分子特征。

这些计划很难执行，因为进行一项有意义的分析需要大量的组织，而转移性肿瘤组织材料来源有限。

由配对的原发性肿瘤和转移性肿瘤组成的TMA成为排除原发性肿瘤和转移性肿瘤之间的不均一性的重要工具。

参考文献
《生物芯片技术》（陈忠斌主编.化学工业出版社,2005年05月第1版.）
《现代生物学技术》（张丰德，吕宪禹，樊廷玉主编.南开大学出版社1996 )
《组织芯片技术的进展及其应用》（王杨，陈茂怀《汕头大学医学院学报》2004年第17卷第3期)
《组织芯片应用的现状与前景》（石群立，孟奎，陈琴..南京军区南京总医院病理科，江苏南京210002) 《组织芯片技术》（COPYRIGHT © 上海芯超生物科技2012）
《生物医学纳米技术》（[荷]N.H.马尔施主编吴洪开译.生物医学纳米技术.科学出版社,2008年04月第1版）《细胞和细胞核微阵列的制作及其应用》（蒋会勇，张三泉，沈丽佳中华病理学杂志2005第12期）
《使用cDNA微阵列和组织微阵列对三种上皮性卵巢肿瘤基因表达的分析》（郑敏，Simon.R，Kononen 癌症杂志 2004 第7期）
《生物芯片技术在药物分析中的应用》（孙浩，王芳当代医学(学术版)2008第5期）。