打破铁律的方法只有一个——记大连医科大学冰冻组织特定区域定点捕获及组织芯片制作专用设备研发

　　

打破铁律的方法只有一个——记大连医科大学冰冻组织特定区域定点捕获及组织芯片制作专用设备研发
　
作者:祝魏玮　　　摘自:科学时报

　　如果购买科学仪器的价格可以降低几倍，甚至几十倍，那么科研费用会降低多少？研究机构的设备费用又会降低多少？如果能将上百个组织标本的待测区域集中到2～3厘米见方的载体内并获得几百张组织芯片，就能快速地进行几百个指标的检测……如此高通量的实验技术会降低多少实验消耗，节省多少时间？

　　“我们的研究项目针对生命科学领域，特别是分子肿瘤学研究中出现的一些尚未解决的问题，根据项目研制出的仪器有一个显著特点：经济实用、操作简便。”带领课题组，承担国家自然科学基金科学仪器基础研究专项课题——“冰冻组织特定区域定点捕获及芯片制作专用设备的优化、配套、集成与应用”研究的大连医科大学教授李宏在接受《科学时报》采访时说。

　　李宏说：“这种仪器基本依靠进口，而国外生产的类似仪器——特定组织激光显微捕获装置和石蜡包埋组织芯片制作仪均具有高昂的垄断价格：两者的国内报价分别为100万元人民币和数万美元。我们研制的仪器较国外类似产品的功能更加全面，更适用于相关基础和临床研究，并具有明显价格优势。在一定程度上摆脱了对进口设备的依赖。”

　　解决悬而未决的难题

　　谈到生命科学领域特别是分子肿瘤学研究中遇到哪些悬而未决的难题，就必须从细胞遗传学说起。细胞分子遗传学尤其是基因组学研究是生命科学领域重要的组成部分，主要解决：基因组的构成，遗传规律和多样性，不同生理和病理状态下的基因组表达特点和在时空上的调节，以及借助生物信息学的手段对分析数据进行储存、加工和分析等问题。从而，在基因组和蛋白质组学水平全面揭示与生命的发生、发展和演变密切相关的基因。

　　李宏说，生命科学领域也一直面临某些技术问题，其中较为引人瞩目的是：各类组织中有多种细胞成分存在，这很容易造成提取到的核酸和蛋白样本出现细胞间交叉污染，并因不同细胞的基因表达特点的差异而导致实验结果的偏差。

　　冰冻组织特定区域定点捕获及芯片制作专用设备如何解决这些问题?

　　大连医科大学研究人员介绍说，研究小组研制出了解决这些问题的专用设备及方法：组织特定区域显微标定装置、标记信息的转移方法、冰冻组织切割笔、低温采样移样器、冰冻组织芯片制作仪、多功能实验平台的集成等。

　　利用组织特定区域显微标定装置，操作者能轻松地将组织切片上的目的区域（点）精确地标注下来。然后，使用标记信息的转移方法，在切片背面涂上一层特制的信息转移膜液，标注选择范围。当切片上的薄膜(室温)与冰冻组织块(-25℃~30℃)接触时，瞬间的温差可使薄膜贴到组织表面，从而实现信息转移。

　　李宏说：“组织里面成分很多，首先我们要在显微镜下做切片、染色，观察组织成分构成，然后再选择目标区域圈划出来。冰冻组织切割笔可以将标记好的感兴趣区域切割下来，然后进行RNA、蛋白质等样本的提取。这样就可以把不重要的、有潜在污染的组织排除出去，提高了样本的纯度和精度。一般来说，当把有潜在污染的组织控制在20%以下时，实验结果的可靠性就有了保证。经过我们的仪器处理后，样本组织的纯度可以达到80%以上，甚至达到100%。”

　　大连医科大学研究小组认为，解决这些悬而未决的问题将会明显提高基因组学研究的科学性、高效性和可信性。

　　高效率尽显技术优势

　　“近年来，虽然国内外生命科学领域的研究发展很快，但由于缺乏与海量候选基因再筛查和功能分析相配套的、性能可靠的、多用途高通量的下游检测技术，同时也没有一种利用一个组织块同时完成上述全部实验内容的技术方法，从而很难保证用于上游检测和下游核实的组织样本来源于（基本）相同的细胞群体，使实验结果缺乏对应性并增加了对其核实的工作量，导致科研工作效率低下。”李宏说。

　　李宏说：“目前传统组织样本提取的做法是，从患者体内切除新鲜的组织标本后，放在福尔马林液体里进行病理检测，然后再诊断、进行组织芯片制作。这样新鲜的组织被福尔马林固定后，除了可以进行形态观察以外，只能做蛋白水平的试验了，因而在提取方面就受到限制：从陈旧的组织里提取RNA还不太可靠。我们仪器的实验进程则是用新鲜的冰冻组织制作冰冻组织芯片，在冷冻的状态下直接获取组织样本的过程就能保证样本的新鲜性。这样新鲜的组织不但可以进行核酸、RNA、蛋白的提取，剩余的冰冻组织块还可用于组织芯片的制作。上游的检测和下游的核实都通过一个组织块来完成，这是我们这项研究的特色和优势。目前，国内外还没有这项研究的报道。”

　　在采访中，李宏也谈到国外用特定组织显微捕获装置和石蜡包埋组织芯片制作仪等先进技术提取组织样本的研究。他说：“用激光捕获样本、用计算机软件进行切片标记等技术虽然可以提高样本精度，但是操作复杂，切片需要一片一片去取，不但费时，样本提取量也十分有限。此外，这些国外仪器所使用的耗材价格也非常昂贵。”

　　大连医科大学的研究人员介绍说，冰冻组织特定区域定点捕获及芯片制作专用设备能以很高的效率从相同的组织区域/细胞群体提取到用于上游基因组学筛查和下游候选基因认证的核酸、蛋白质和高质量的组织芯片和细胞切片。这既明显降低了实验偏差和提高了科研工作效率，也提升了我们在这一生命科学前沿领域的学术竞争力。

　　基础研究志在应用前景

　　在国家自然科学基金科学仪器基础研究专项基金评审时，评审专家就指出，一项科学仪器基础研究的优秀成果可以使科研效率提高数十倍。

　　李宏说：“由于这套仪器系统成本不高、使用的消耗材料价格不高，操作又非常简单，应用前景非常广泛。不仅适用于经济实力不强的小型实验室，一些大的实验室里也可以利用这套仪器来进行常规实验，降低成本提高科研工作效率。”

　　其实，早在2003年李宏带领的课题组就开始了冰冻组织特定区域的核酸/蛋白提取和组织芯片制作研究，并获得了自然科学基金面上项目的支持。

　　李宏说：“自然科学基金对我们帮助很大，也让我增添了更强的使命感，科学仪器对科学研究的促进作用是显而易见的。也正是考虑到这项研究的发展前景，保证研究成果尽快应用，自然科学基金给与这项研究以专项经费的持续支持。”

　　据了解，冰冻组织特定区域的核酸/蛋白提取和组织芯片制作研究已申报4项国家发明专利，目前已获得专利1项，后续工作正在顺利进行中。