IHC和ISH的自动化玻片染色系统

Joe Myers

许多实验室已经或准备采用自动化玻片染色系统进行组织化学染色或通常称之为的特殊染色（SS）以及免疫组织化学（IHC）和原位杂交（ISH）等。鉴于目前市场销售的自动化玻片染色系统性能各异，因此为帮助实验人员更好地了解不同的自动化玻片染色系统，本文将就目前市场上出现的自动化玻片染色系统做一概述。

首先需要明确的重要一点就是用于SS、IHC和ISH的自动化玻片染色系统与常规使用的H&E（苏木精和伊红）染色是完全不同的。H&E主要用于单个玻片染色，所用试剂很少；而自动化玻片染色系统是将玻片完全浸入大量试剂中。这样做的原因是因为非常规染色过程中发生的化学反应更为敏感，它常常要求按照一个特定的顺序去使用一系列试剂以形成一个结合的分子复合物。

美国目前所使用的绝大多数特殊染色系统仅仅用于IHC实验，还有少部分用于SS实验，用于ISH的非常少。造成这种情况的主要原因在于这类系统常常不能保证染色的一致性。而手工染色通常可以避免这一缺陷。

当进行一项常规SS操作时，玻片通常成批被放入一个类似科普林缸的容器中进行染色。染色完成后，将容器内染色液倒出，换上漂洗液或另一种试剂。用这种方法可以同时处理整批玻片，加之整个操作过程比较简单，所以无需使用自动化染色仪。ISH很少使用染色仪的主要原因在于临床组织学实验室对这些染色仪的需求依然不高。此外，现有的染色系统很少能够提供加热功能，而这种功能对完成ISH中的变性和杂交步骤来讲是非常需要的。 不同的形状和规格

特殊染色系统最引人注目的特征之一就是它们的结构配置和处理玻片和试剂的能力。一些系统类似于一台”矩阵式芯片仪”，玻片以纵向和横向排列方式被放置在可以移动的支架上(图1);另一些系统就像一个”旋转舞台”(图2)。 矩阵式染色系统的主要优势之一是当染色过程完成后，玻片能够很容易地被移出;有些型号的染色系统甚至允许操作者在运行过程中添加新的玻片，即具有所谓的”连续通路”功能。与之相对应的是旋转式染色系统的主要劣势之一在于所有玻片必须等所有程序全部完成后方能取出。这对一个繁忙的实验室而言意味着效率有可能降低，因为实验人员不能根据不同的玻片所需染色时间的不同而随意取出玻片。表1概述了不同染色系统的主要技术特征。

表1。 不同染色系统的主要技术特征

玻片放置方式 操作方式与主要要求 试剂加样方法 优点与缺点

矩阵式 通常为”开放”式 一次性加样头、重 大容量，运行时间短。

玻片以纵或横向 要求操作者选择程序及 复或一次性试剂瓶。 一次性加样头消除了 方式排列在移动 放置玻片，然后告知操作 试剂的交叉污染。 支架上，可随时被 者试剂所放置的位置。 重复性”探针”、 重复 精确/有效地使用试剂。 取出。 不限定试剂品牌，允许对 或一次性试剂瓶。 重复性”探针”有可能

染色程序做最大限度修改。 导致试剂的交叉污染。

旋转式 通常为”封闭”式

玻片以环状方式 通过条码标记自动决定 一次性(注射器样) 容量较小、 运行时间长。 放在难以接近的 合适的染色程序。 分配器。 试剂加样的精确性和 浅盘内，只有运行 只能使用指定试剂。不能 一次性(印刷机式) 灵活性不如矩阵式。 结束后方能取出。 对染色程序修改。 分配器。 只能加固定量试剂。

不同的操作模式

染色仪最需要明确的重要特征之一就是它究竟是”封闭式”的还是”开放式”的，因为这两者具有本质上的不同。从概念上讲，”封闭式”系统指的是该系统只能使用仪器制造商或代理商提供的试剂，同时用户对染色程序进行修改。此外，这类仪器本身也处在封闭状态，玻片一旦被放入浅盘内就只有等到整个运行程序结束后方能取出。在开始运行前，封闭系统可以通过”阅读”条码标记自动决定染色程序。封闭系统不仅要求使用带条码标记的玻片，而且需要采用预先装好并带有条码标记的试剂容器。

“开放式”系统指的是该系统可以使用不同来源的试剂，同时系统本身也处于开放状态，亦即染色过程中玻片可根据需要随时被取出。这类系统要求使用者在操作前首先必须选择适当的染色程序，随后系统会告知操作者试剂瓶放置的位置。开放式系统一般都允许使用者修改染色程序内的各种参数。

染色仪另外一个技术特征是试剂被加至玻片上的途径。尽管这对偶然用到仪器的使用者而言似乎并不重要，但我们还是应当注意的是每一种试剂加样技术都有其内在的弱点。最常用的方法是一种类似于生化分析仪中使用的探针样装置。 探针样装置目前仅用于矩阵式染色系统，每种试剂加样完后须彻底漂洗以防止交叉污染。试剂间的交叉污染可以导致假阳性染色结果。另一种试剂加样技术模仿手工染色步骤，它采用一次性加样头，由机器人完成加样过程。这种加样方式同样只用于矩阵式染色系统，需要注意的是如果仪器取装加样头的力量不合适，则加样头有可能在染色过程中滴落。旋转式系统的加样通过弹簧驱动的注射器样或印刷机式的分配器进行。在这类系统中，一旦所需的试剂容器被旋转到玻片上方的位置，系统会自动加入预先设定好剂量的试剂。这种加样方式的不足之处在于现有的试剂容器难以像加样头和探针那样进行精确加样，从而造成试剂的浪费。

不同染色系统的性能概述可以参考表2。

表2。 现有商品化染色系统基本性能特征

供应商 产品名称 玻片放置方式 操作方式 适用对象 加样方式 BioCare Medical Nemesis 3600 矩阵式 条码/开放 IHC、SS 漂洗探针 BioGenex Laboratories i6000 矩阵式 条码/开放 IHC、SS，ISH 加样头 DakoCytomation Autostainer Plus 矩阵式 条码/开放 IHC 漂洗探针 DakoCytomation Artisan 旋转式 条码 IHC、SS 一次性分配器 Lab Vision-Neomarkers Autostainer 360-2D 矩阵式 开放 IHC 漂洗探针 Lab Vision-Neomarkers Autostainer 720-2D 矩阵式 开放 IHC 漂洗探针 Ventana Med. Systems Benchmark XT 旋转式 条码 IHC、SS、ISH 一次性分配器 Ventana Med. Systems Benchmark 旋转式 条码 IHC、SS、ISH 一次性分配器 Ventana Med. Systems NexES 旋转式 条码 IHC、SS 一次性分配器 Vision Biosystems Bond-maX 矩阵式 条码/开放 IHC、ISH 漂洗探针 Vision Biosystems Bond-X 矩阵式 条码/开放 IHC 漂洗探针 Zymed Laboratories Mozaic 矩阵式 开放 IHC、ISH 漂洗探针

特殊性能

最后应当注意是这些玻片染色系统的一些独有特性。例如Vision Biosystems和Zymed Laboratories的仪器要求在每个玻片上方放置一个一次性塑料盘，其目的是保证试剂溶液能均匀地分散到玻片，同时保持位置不变。 不同染色系统的特殊性能概述见表3。

表3。 现有商品化染色系统特殊性能

按需选择

第一次接触到玻片染色系统的用户通常会考虑以下问题:1) 不同产品对试剂的使用要求;2)系统放置玻片和试剂的能力;3)每个供应商能否提供最优化的试剂;4)操作时间。而有经验的用户和对仪器性能要求较高的用户更多关心的是这些问题:1)玻片放置的方式;)仪器能否在一个很窄的温度范围内对玻片进行加热;3)试剂加样方式;4)基本染色参数(如孵育时间和/或试剂分配量)可以被修改的程度等。

还有其它一些问题也应引起用户的重视。这些问题包括仪器处理玻片的能力，能否用一台电脑控制多个仪器，是否培训以及提供技术支持的能力等。

作者简介: Joe Myers，美国临床实验室专家，精通免疫组织化学，原位杂交和相关的自动化仪器。