Лазерлік микродиссекция: Тінді жасушалық деңгейде бөліп алу әдісі
Laser capture microdissection
Лазерлік микродиссекция (LCM) – тіндік үлгілерден қажетті жасушаларды бөліп алу әдісі. ДНҚ, РНҚ талдауы, протеомика зерттеулері үшін қолданылады. Жылдам нәтиже!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Лазерлік микродисекция (ЛМД), сондай-ақ микродисекция, лазерлік микродисекция (ЛМД) немесе лазерлік көмекпен микродисекция (ЛМД немесе ЛАМ) деп те аталады, – бұл тіндердің/жасушалардың/организмдердің микроскопиялық аймақтарынан белгілі бір қызығушылық тудыратын жасушаларды бөліп алу әдісі (лазер көмегімен микроскопиялық деңгейде кесу).
Laser capture microdissection (LCM), also called microdissection, laser microdissection (LMD), or laser assisted microdissection (LMD or LAM), is a method for isolating specific cells of interest from microscopic regions of tissue/cells/organisms (dissection on a microscopic scale with the help of a laser).
Принцип
Лазерлік микродисекция (ЛКМ) – тіндік клеткалардың субпопуляцияларын тікелей микроскоптық бақылау арқылы алу әдісі. ЛКМ технологиясы қызығушылық тудыратын клеткаларды тікелей жинақтауға немесе қажетсіз клеткаларды кесіп алып, гистологиялық тұрғыдан таза байытылған клеткалық популяцияларды бөліп алуға мүмкіндік береді. Осыдан кейін қолданылатын әр түрлі мүмкіндіктер бар: ДНК генотипін анықтау және гетерозигоздықтың жоғалуын (LOH) талдау, РНК транскрипттерін профильдеу, кДНК кітапханасын жасау, протеомиканы зерттеу және сигналдық жолдарды профильдеу. Бұл протоколды жүзеге асыруға кеткен жалпы уақыт әдетте 1–1,5 сағатты құрайды.
Laser capture microdissection (LCM) is a method to procure subpopulations of tissue cells under direct microscopic visualization. LCM technology can harvest the cells of interest directly or can isolate specific cells by cutting away unwanted cells to give histologically pure enriched cell populations. A variety of downstream applications exist: DNA genotyping and loss of heterozygosity (LOH) analysis, RNA transcript profiling, cDNA library generation, proteomics discovery and signal pathway profiling. The total time required to carry out this protocol is typically 1–1.5 h.
Экстракциялау
Лазер микроскопқа қосылып, слайдтағы тінді нысаналайды. Лазердің оптикалық құралдармен немесе сахнаның қозғалысы арқылы, пайдаланушы анықтаған траектория бойынша фокусы жылжиды. Бұл траектория, сондай-ақ элемент деп те аталады, кейін кесіліп, жақын маңайдағы тіндерден бөлінеді. Егер экстракция қажет болса, кесу процесінен кейін экстракция процесі жүргізілуі керек. Жаңа технологиялар контактісіз микродисекцияны пайдаланады. Гистопатологиялық үлгісі бар микроскоп слайдынан тінді алудың бірнеше тәсілі бар. Үлгіге жабысқақ бетті басып, жыртып алуға болады. Бұл қажетті аймақты алады, бірақ бетіндегі бөлшектерді немесе қажетсіз тінді де алып тастауы мүмкін, себебі бет селективті емес. Үлгіге пластикалық мембрананы ерітіп, жыртып алуға болады. Жылу, мысалы, қызыл немесе инфрақызыл (IR) лазер арқылы сіңіретін бояумен боялған мембранаға беріледі. Бұл қажетті үлгіні мембранаға жабыстырады, гистопатологиялық үлгі бетіне жақын орналасқан кез келген мембрана сияқты, қалдықтардың да алынуы мүмкін. Тағы бір қауіп – енгізілген жылу: ДНК, РНҚ немесе белок сияқты кейбір молекулаларды мүмкіндігінше таза оқшаулау үшін көп немесе мүлдем қыздыруға болмайды. Контактісіз тасымалдау үшін үш түрлі тәсіл бар. Гравитация көмегімен тік микроскопты пайдаланып тасымалдау (GAM, гравитациямен көмек көрсетілетін микродисекция) немесе лазерлік қысыммен катапульта арқылы тасымалдау; ең соңғы буын лазерлік алға жылжыту (LIFT) технологиясын қолданады. Кесу және ұстау кезінде жабысқақ жабынмен жабдықталған қақпақ тікелей жұқа кесілген (5-8 мкм) тіндік бөлікке орналастырылады, ал бөлік өзі жұқа мембранаға (полиэтилен нафталинге) сүйенеді. Инфрақызыл лазер жабысқақты жұмсақ қыздырып, оны астыңғы тіндік қабатқа біріктіреді, ал ультракөк сәуле (UV) лазер тінді және астыңғы мембрананы кесіп өтеді. Мембраналық тіндік құрам енді қақпаққа жабысады және қақпақтағы жасушаларды төменгі сатыдағы қолдануларда (ДНК, РНҚ, белок талдауы) пайдалануға болады.
A laser is coupled into a microscope and focuses onto the tissue on the slide. By movement of the laser by optics or the stage the focus follows a trajectory which is predefined by the user. This trajectory, also called element, is then cut out and separated from the adjacent tissue. After the cutting process, an extraction process has to follow if an extraction process is desired. More recent technologies utilize non contact microdissection. There are several ways to extract tissue from a microscope slide with a histopathology sample on it. Press a sticky surface onto the sample and tear out. This extracts the desired region, but can also remove particles or unwanted tissue on the surface, because the surface is not selective. Melt a plastic membrane onto the sample and tear out. The heat is introduced, for example, by a red or infrared (IR) laser onto a membrane stained with an absorbing dye. As this adheres the desired sample onto the membrane, as with any membrane that is put close to the histopathology sample surface, there might be some debris extracted. Another danger is the introduced heat: Some molecules like DNA, RNA, or protein don't allow to be heated too much or at all for the goal of being isolated as purely as possible. For transport without contact. There are three different approaches. Transport by gravity using an upright microscope (called GAM, gravity assisted microdissection) or transport by laser pressure catapult; the most recent generation utilizes a technology based on laser induced forward transfer (LIFT). With cut and capture, a cap coated with an adhesive is positioned directly on the thinly cut (5 8 μm) tissue section, the section itself resting on a thin membrane (polyethylene naphthalene). An IR laser gently heats the adhesive on the cap fusing it to the underlying tissue and an UV laser cuts through tissue and underlying membrane. The membrane tissue entity now adheres to the cap and the cells on the cap can be used in downstream applications (DNA, RNA, protein analysis).
Процедура
Бағдарламалық интерфейсті пайдаланатын микроскоп арқылы ұлпаның (әдетте 5-50 микрометр қалыңдығында) бөлігі қарастырылады және жеке жасушалар немесе жасушалардың топтары қолмен, жартылай автоматтандырылған немесе толық автоматтандырылған тәсілдермен анықталады, бұл бейнелеуге және одан кейін оқшаулау үшін нысандарды автоматты түрде таңдауға мүмкіндік береді. Қазіргі уақытта микроскоп пен жасушаларды оқшаулау құрылғысын қолдана отырып, алты негізгі оқшаулау/жинау технологиясы бар. Олардың төртеуі тіндерді тікелей немесе мембраналарды/пленканы кесу үшін ультракүлгін импульсті лазерді (355 нм) пайдаланады, кейде жасушалық адгезия мен оқшаулау үшін жабысқақ полимерді қыздыру/еріту үшін жауапты инфрақызыл лазермен бірге қолданылады. ИК лазері микродисекцияға жұмсақ тәсіл ұсынады. Бесінші ультракүлгін лазерлік технологиясы лазерлік импульспен белсендірілген кезде тіндерді немесе жасушаларды жинау қақпағына итеруге мүмкіндік беретін энергия беру қаптамасымен қапталған арнайы слайдтарды қолданады. Лазерлік кесу ені әдетте 1 мкм-ден кем, сондықтан лазер сәулесі нысаналы жасушаларға әсер етпейді. Тіпті тірі жасушалар да лазерлік кесуден зақымдалмайды және клондау мен қайта өсіру үшін кесуден кейін тірі қалуы мүмкін. Әртүрлі технологиялар жинау процесінде, қолданылатын бейнелеу әдістерінде (флуоресценттік микроскопия/жарық өрістік микроскопия/дифференциалдық интерференциялық контраст микроскопиясы/фазалық контраст микроскопиясы/т.б.) және бейнелеу мен оқшаулау алдында қажетті ұстағыштар мен тіндерді дайындау түрлерінде ерекшеленеді. Көпшілігі микродисекция жүйелері болып табылады, ал кейбіреулері зерттеу микроскоптары ретінде де қолданылуы мүмкін, тек бір технология (осы жердегі #2, Leica) тік микроскопты қолданады, бұл тірі жасушалармен жұмыс істегенде үлгіні өңдеу мүмкіндіктерін шектейді. Бірінші технология (Carl Zeiss PALM қолданған) үлгінің айналасын кесіп, содан кейін оны "катапульталау" технологиясымен жинайды. Үлгіні слайдтан немесе арнайы мәдениет табағынан, материалды жылжыту үшін фотондық күш тудыратын дефокусталған УФ лазерлік импульспен шығаруға болады, бұл кейде Лазерлік микродисекциялық қысымды катапульталау (LMPC) деп аталады. Дисекцияланған материал жоғары (бірнеше миллиметрге дейін) микрофуга түтігінің қақпағына немесе басқа коллекторға жіберіледі, онда буфер немесе арнайы жабысқақ материал бар, онда тін жабысады. Бұл белсенді катапульталау процесі мембранамен қапталған слайдтарды пайдаланған кездегі кейбір статикалық проблемаларды болдырмайды. Тағы бір процесс ауырлық күшіне сүйенетін микродисекция әдісін қолданады, ол ауырлық күшін пайдаланып, үлгілерді қолданылатын слайдтың астындағы түтікше қақпағына жинайды (ION LMD жүйесі, Jungwoo F&B қолданады). Бұл жүйеде лазер сәулесін тұрақты ұстап, қызығушылық тудыратын жасушаларды кесу үшін моторлы сатыны жылжытады. Жүйеде 355 нм қатты күйдегі лазер (УФ А) қолданылады, бұл РНК немесе ДНҚ зақымдануынсыз тіндерді кесудің ең қауіпсіз тәсілі. Leica қолданатын тағы бір LCM процесі үлгіні жоғарыдан кесіп, үлгі ауырлық күшімен (ауырлық күшімен қамтамасыз етілген микродисекция) үлгіден төменгі жинағыш құрылғысына түседі. Жоғарыдағыдан айырмашылығы, мұнда лазер сәулесі тінді кесу үшін дихроикалық айнаны жылжытады. Таңдалған жасушалар (слайдта немесе арнайы мәдениет табағында) көру өрісінің ортасында болған кезде оператор аспаптың бағдарламалық жасақтамасын қолдана отырып, қызығушылық тудыратын жасушаларды таңдайды. Жақын инфрақызыл лазері ұлпа үлгісіне салынған қақпақтағы ауыстыру пленкасын белсендіріп, жабысқышты балқытады, содан кейін пленканы таңдалған астындағы жасушалармен біріктіреді (Arcturus жүйелерін қараңыз); және/немесе қызығушылық тудыратын жасушаны кесу үшін УФ лазерді белсендіреді. Содан кейін жасушалар жұқа тін бөлігінен алынып тасталады, ал барлық қажетсіз жасушалар қалдырылады. Қызығушылық тудыратын жасушалар экстракциядан бұрын қарастырылады және құжатталады. Төртінші УФ технологиясы (Molecular Machines and Industries AG қолданған) үшінші технологиядан сәл өзгеше, слайд>үлгі>және үлгінің үстіне орналасқан мембранадан тұратын "сендвич" құрады, лазермен кесілген және арнайы жабысқақ қақпақпен жоғарыдан жиналған жақтау слайдын пайдаланады. Бесінші УФ технологиясы стандартты шыны слайдтарды инертті энергия беру қаптамасымен және УФ лазерлік микродисекция жүйесімен (әдетте Leica LMD немесе PALM Zeiss машинасы) қолданады. Тін бөліктері энергия беру қаптамасының үстіне орнатылады. Ультракүлгін лазердің энергиясы қаптамаға соққанда кинетикалық энергияға айналады, оны буланыстырады, таңдалған тін элементтерін бірден жинау түтігіне итереді. Expression Pathology Inc. (Rockville, MD) компаниясы DIRECTOR слайдтары деген коммерциялық атаумен сататын энергия беру қаптамасымен қапталған слайдтар протеомикалық жұмыстар үшін бірнеше артықшылықтар ұсынады. Олар өздігінен флуоресценцияланбайды, сондықтан флуоресценттік бояулар, дифференциалдық интерференциялық контраст немесе поляризацияланған жарық қолданылатын қолданулар үшін қолданылуы мүмкін. Тін бөліктерінен басқа, LCM тірі жасушалар/организмдер, жасуша майлары, хромосома дайындықтары және өсімдік тіндерінде де жүргізілуі мүмкін.
Under a microscope using a software interface, a tissue section (typically 5 50 micrometres thick) is viewed and individual cells or clusters of cells are identified either manually or in semi automated or more fully automated ways allowing the imaging and then automatic selection of targets for isolation. Currently six primary isolation/collection technologies exist using a microscope and device for cell isolation. Four of these typically use an ultraviolet pulsed laser (355 nm) for the cutting of the tissues directly or the membranes/film, and sometimes in combination with an IR laser responsible for heating/melting a sticky polymer for cellular adhesion and isolation. IR laser provides a more gentle approach to microdissection. A fifth ultraviolet laser based technology uses special slides coated with an energy transfer coating which, when activated by the laser pulse, propels the tissue or cells into a collection cap. The laser cutting width is usually less than 1 μm, thus the target cells are not affected by the laser beam. Even live cells are not damaged by the laser cutting and are viable after cutting for cloning and reculturing as appropriate. The various technologies differ in the collection process, possible imaging methods (fluorescence microscopy/bright field microscopy/differential interference contrast microscopy/phase contrast microscopy/ etc.) and the types of holders and tissue preparation needed before the imaging and isolation. Most are primarily dedicated micro dissection systems, and some can be used as research microscopes as well, only one technology (#2 here, Leica) uses an upright microscope, limiting some of the sample handling capabilities somewhat, especially for live cell work. The first technology (used by Carl Zeiss PALM) cuts around the sample then collects it by a "catapulting" technology. The sample can be catapulted from a slide or special culture dish by a defocused U. V laser pulse which generates a photonic force to propel the material off the slide/dish, a technique sometimes called Laser Micro dissection Pressure Catapulting (LMPC). The dissected material is sent upward (up to several millimetres) to a microfuge tube cap or other collector which contains either a buffer or a specialized tacky material in the tube cap that the tissue will adhere to. This active catapulting process avoids some of the static problems when using membrane coated slides. Another process follows gravity assisted microdissection method that turns on gravity to collect samples in tube cap under the slide used (used by ION LMD system, Jungwoo F&B). In case of this system, it moves the motorized stage to cut the cells of interests, keeping the laser beam fixed. And the system uses a 355 nm Solid state laser(UV A) which is the safest way to cut the tissues without RNA or DNA damage. Another closely related LCM process (used by Leica) cuts the sample from above and the sample drops via gravity (gravity assisted microdissection) into a capture device below the sample. The different point with upper one is, the laser beam here is moving to cut tissue by moving dichroic mirror. When the cells (on a slide or special culture dish) of choice are in the center of the field of view, the operator selects the cells of interest using instrument software. The area to be isolated when a near IR laser to activate transfer film on a cap placed on the tissue sample, melting the adhesive which then fuses the film with the underlying cells of choice (see Arcturus systems); and/or by activating a UV laser to cut out the cell of interest. The cells are then lifted off the thin tissue section, leaving all unwanted cells behind. The cells of interest are then viewed and documented prior to extraction. The fourth UV based technology (used by Molecular Machines and Industries AG) offers a slight difference to the 3rd technology here by essentially creating a sandwich of sorts with slide>sample>and membrane overlying the sample by the use of a frame slide whose membrane surface is cut by the laser and ultimately picked up from above by a special adhesive cap. A fifth UV based technology uses standard glass slides coated with an inert energy transfer coating and a UV based laser microdissection system (typically a Leica LMD or PALM Zeiss machine). Tissue sections are mounted on top of the energy transfer coating. The energy from a UV laser is converted to kinetic energy upon striking the coating, vaporizing it, instantly propelling selected tissue features into the collection tube. The energy transfer coated slides, commercialized under the trade name DIRECTOR slides by Expression Pathology Inc. (Rockville, MD), offer several advantages for proteomic work. They also do not autofluoresce, so they can be used for applications using fluorescent stains, DIC or polarized light. In addition to tissue sections, LCM can be performed on living cells/organisms, cell smears, chromosome preparations, and plant tissue.
Қолданбалар
Лазерлік микродисекция процесі алынған үлгінің морфологиясы мен химиясын, сондай-ақ оны қоршаған жасушаларды өзгертпейді немесе зақымдамайды. Осы себепті, LCM ДНК, РНК және/немесе ақуыздарды талдау үшін таңдалған жасушаларды жинаудың тиімді әдісі болып табылады. LCM амилоидты плактар сияқты жасушасыз құрылымдарды бөліп алу үшін де қолданылған. LCM түрлі тіндік үлгілерде қолданылуы мүмкін, оның ішінде қан жағындылары, цитологиялық препараттар, жасуша мәдениеттері және қатты тіндердің үлештері. Мұздатылған және парафинге сіңдірілген архивтік тіндерді де пайдалануға болады.
The laser capture microdissection process does not alter or damage the morphology and chemistry of the sample collected, nor the surrounding cells. For this reason, LCM is a useful method of collecting selected cells for DNA, RNA and/or protein analyses. LCM has also been used to isolate acellular structures, such as amyloid plaques. LCM can be performed on a variety of tissue samples including blood smears, cytologic preparations, cell cultures and aliquots of solid tissue. Frozen and paraffin embedded archival tissue may also be used.