固态光源点亮荧光原位杂交技术---提升生物医学研究和临床诊断新选择

什么是FISH？

当然这里的FISH并非水里游的鱼类，而是荧光原位杂交（Fluorescence in situ hybridization，简称FISH），这是一种基于双链核酸互补碱基配对的细胞或者组织中特定核酸序列（DNA或者RNA）检测的技术。就如同钓鱼一般，根据碱基互补原则，当使用已知标记单链核酸为探针（饵），如果与样品中的未知单链核酸（鱼）发生了特异性结合，形成可被检测的杂交双链核酸，并对该特定核酸顺序进行精确定量定位。

 

 

F:荧光（Flourescence）显微镜用于对靶核酸序列位置进行成像。该技术的其他变体也使用显色原位杂交（CISH）。

 

 

IS:靶核酸序列在其所在的细胞或组织的空间环境中原位（in suit）检测。FISH提供有关位置的信息，以及靶核酸序列的同一性和多样性。

 

 

H:识别特定核酸序列的基本原理是通过互补碱基配对将单链探针序列与单链靶序列杂交（hybridization）（图1）。

 

 

图1.荧光原位杂交(FISH)示意图。用于临床细胞遗传学的DNA探针通常长度约为100,000个碱基(100 kb)，每100个碱基约有5个染料。

 

 

FISH在生物医学研究中的应用

FISH使科学家和临床医生能够绘制基因图谱，研究染色体组织，诊断和评估遗传疾病，并表征染色体异常。一个感兴趣的领域是染色体末端端粒区域的分析。端粒通过保护染色体末端不降解，在细胞分裂过程中保存遗传信息方面发挥着关键作用。端粒异常（如重复或缺失）可以通过使用FISH的筛选轻松识别，其中端粒用荧光探针序列标记（图2）（1）。鉴于端粒不规则性可导致各种疾病，例如与年龄相关的综合征或癌症，端粒畸变的鉴定可以为疾病机制提供新的见解，并指导靶向治疗的开发(2)。

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

(2)Molecular cytogenetic analysis of telomere rearrangements.

虽然FISH是生物医学研究中使用的强大细胞遗传学工具，但细胞内特定核酸序列的可视化在很大程度上依赖于照明的质量和功能。通过在面对严苛的工作负载时能保持始终如一的性能，Lumencor 光引擎使临床医生、研究人员和设备制造商能够实现更好的基因组和分子诊断。

 

 

图2.人类细胞的染色体组型，该细胞在分裂中期含有46条染色体。DNA以DAPI染色（蓝）并通过使用PNA-TeIC探针(绿)以FISH检测端粒。由于每条染色体含有两个染色单体，并且每个染色单体中都包含两个端粒，因此共观察到184个杂交探针。（图像比例尺=5μm）
 

*图像是使用Nikon Ti Eclipse宽场系统和Lumencor Light Engine获取的，Lumencor系列固态光源可以适配各类主流显微镜品牌。

FISH光源的五大照明要求，固态光源来满足

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支持多重检测的光谱范围

Lumencor的SOLA FISH光引擎是为FISH应用量身定做的型号，其输出的光谱允许使用具有五个或者更多激发/发射波长范围的荧光标记来同时检测相应数量的不同DNA靶序列。遗传性疾病通常是多因素的，因此这种光谱的多样性是一种普遍的要求。例如，特异性分析物试剂盒（analyte specific reagent kits) 如Vysis MultiVysion PB 多色FISH探针试剂盒 (Abbott Molecular) 可以用于同时检测13、16、18、21和22号染色体的拷贝数，这对于检测对胎儿健康和生存能力有重大影响的染色体异常至关重要。固态光源（如SOLA FISH）有助于设计光谱输出，以尽可能满足于此类细胞遗传性测试的要求（图3）。

 

 

图3.SOLA FISH光引擎输出光谱和Chroma激发滤光片，用于SpectrumBlue、SpectrumAqua、SpectrumGreen、SpectrumGold 和 SpectrumRed。这些荧光团被掺入用于确定染色体 13、16、18、21 和 22 的拷贝数的 FISH 探针中，这在多重检测允许同时检测。

 

 

2

线性光强调制
 

使用SOLA FISH等固态光源时，输出光可通过20倍动态范围的线性控制响应进行电子衰减。当需要调整照明强度以适应样本之间的差异时，通过电子软件控制即可完成，这是可预测和可重复的方式，而无需插入中性密度滤光片等附加光学元件。此外，使用电子衰减时输出光谱也不会受影响。

 

 

3

设备间的一致性

当购买用于多个细胞遗传学检测设备的光源组时，所有光源的性能和操作特性的一致性至关重要。低方差意味着内部数据一致和操作效率。固态光引擎（如 SOLA FISH）显然满足这些要求，多个设备间光谱输出相当一致（图 4）。

 

 

图4.随机选择的28台Lumencor SOLA光引擎的光谱分布和光功率。2%的方差系数表明光引擎之间的一致性和相同的有效性能。

 

 

4

使用寿命长、运行可靠

固态光源无需维护，与每年需要数千美元更换灯泡的汞灯以及金属卤化物灯相比，其耗材费用极低。SOLA FISH的成本可以在其10-15年的工作寿命内的2-3年内，通过耗材支出的节省得到回收。

 

 

5

内置计量和自动化兼容性

SOLA FISH 等现代固态光源集成了板载微处理器，除了控制操作外，还可以监控系统性能。累计光输出时长、功耗和内部工作温度等数据可用于上传到实验室信息管理系统 （LIMS） 并支持监管合规性验证。此外，多个光引擎可以通过以太网连接，允许从单个中心点进行操作控制。

 

 

总的来说，Lumencor的SOLA FISH光引擎结合了先进的技术、可靠性和成本效益，使其成为各种研究和临床环境中FISH应用的首选。