倫敦大學學院的Chu實驗室是最近在大學醫學院眼科研究所成立的團隊,與由 Colin Chu 醫師領導的 Moorfields Eye Hospital 合作。該實驗室專注於眼部免疫學、免疫細胞成像、空間生物學和基因治療。
理解健康或病變器官中的細胞-細胞相互作用和空間關係是一項技術挑戰。單細胞基因組學雖然強大,但缺乏空間背景。在本研究中,已應用自動化免疫標記以獲得多功能的多重光學成像方法 ,用於對複雜組織中細胞的深度表型分析和空間分析。
朱醫師最近在倫敦大學學院(UCL)眼科研究所與摩菲爾德眼科醫院合作建立了自己的實驗室。作為一名專注於眼部免疫學的眼科醫生,他的研究重點是利用體內和體外影像技術更好地理解致盲疾病的成因。
在美國馬裡蘭州國立衛生研究院(NIH)羅恩·格曼博士的實驗室擔任訪問研究員期間,朱醫師與他的同事安德烈亞·拉德克博士共同建立了一種自動化的高倍數免疫組織化學方法。這項工作於 2022 年 2 月發表在《自然協議》上。
它使用一種名為 IBEX 的自動化免疫標記技術,能在同一組織切片上實現超過 30 種不同的抗體標記。之前這項技術僅能手動執行,限制了其通量、速度和可及性。朱醫師與 Fluigent 合作,將一個 ARIA 微流體系統連接到徠卡 THUNDER 顯微鏡,這兩個系統能夠互相連接,以實現自動化染色和圖像獲取。
朱醫生目前正在倫敦大學學院(UCL)設置系統,以將自動免疫標記技術 IBEX 應用於小鼠、斑馬魚和人類死後組織的視網膜。除了使用免疫熒光進行多重組織成像外,他的研究主題還包括眼部基因治療和使用自適應光學、光學相干斷層掃描(OCT)及熒光顯微鏡進行的體內免疫細胞成像,以更好地理解眼部炎症。
使用自動免疫標記方法對組織樣本進行高內容成像,該方法包括抗體標記、成像和使用鋰硼氫化物(LiBH4)進行熒光染料漂白的迭代循環。圖像處理和配準使用 SimpleITK 開源軟體進行。
要執行自動化的 IBEX 研究, 完整的設置 包含幾個設備:
一個壓力源(這裡用的是Fluigent的 FLPG)
一個單輸出 序列灌注系統 ARIA
一個封閉式浴槽成像室,內含組織切片和來自 Warner Instruments 的加熱平台
來自徠卡的 THUNDER 顯微鏡
使用 ARIA 軟體 ,創建了一種包含所有液體注射和影像獲取步驟的方法。一旦加載,該序列可以自動運行 。自動免疫標記方法依賴於 ARIA 發送和接收的 TTL 信號,使得在注射步驟結束時啟動影像獲取循環。該軟體與 Leica THUNDER 顯微鏡進行了介面連接。
一旦獲得影像,接下來的流體注射步驟開始,以漂白前一輪,然後開始用下一個面板進行抗體染色,接著再次觸發顯微鏡獲取。最終,整個步驟序列產生了超過30個標記的高品質多重蛋白水平數據。
固定的人類組織,包括腸繫膜淋巴結、小腸和皮膚,已進行分析(圖1、2)。由於這些組織的細緻結構和高背景自發螢光,通常很難進行成像。
正如作者所述,原始的 IBEX 方法受到手動執行(抗體染色和螢光染料失活的手動移液)要求的限制。在此,ARIA 提供了一種經濟實惠的自動化解決方案,以便在空間生物學革命中獲得高內容成像。
a) 自動化 IBEX 協議使用Fluigent的緊湊型微流體系統 ARIA將多種溶液輸送到放置在倒置顯微鏡載物台上的成像腔室。流體通過壓縮空氣在系統中移動,並根據用戶定義的協議輸送到成像腔室。倒置顯微鏡和 ARIA 設備通過 TTL 信號進行通訊,使用用戶通過 Aria 控制軟體建立的精確時序。
b) 標本被切割到塗層的載玻片上,並組裝成一個封閉的浴槽成像腔室。組裝完成後,成像腔室被固定在磁性平台上,並安裝到顯微鏡載物台上。
c) 自動化 IBEX 包括:
(1) 使用 Hoechst 進行核標記,
(2) 在 37°C 下使用加熱顯微鏡載物台進行 1 小時的抗體標記
(3) 成像 ROI
(4) 使用 LiBH4 進行漂白
以及(5) 重複步驟 2-4,直到達到所需的參數數量,通常對於六循環、25 重複實驗需要 12 小時。
Radtke AJ. 與朱醫師等人最近在《自然協議》中發表了一個基於Fluigent 的ARIA 儀器自動化能力,結合圖像對齊開源軟體包的高通量自動免疫標記協議 。
這種強大的方法依賴於迭代染色和漂白技術,以進行超過 65 個參數的高解析度成像。這種迭代漂白擴展多重標記協議 (IBEX) 代表了一種穩健且可重複的方法,用於在複雜組織(健康器官、感染器官、腫瘤微環境)中進行深度表型分析和空間分析。
在本文中,作者展示了我們的序列灌注系統 ARIA 的自動化能力,以及其與廣域(或其他)顯微鏡同步以執行自動化和多重抗體標記的能力。ARIA 可以發送和接收 TTL 信號,以啟動影像獲取週期,並在影像週期完成後恢復灌注協議。其他應用,如 DNA 繪畫、OligoSTORM、劑量/反應研究、自動化多重免疫熒光實驗或動態脈衝追蹤實驗,都可以使用 ARIA 進行自動化。