染色體分析系統
一、分析系統的組成
1．自動染色體核形分析系統:karyotyping
2．熒光原位雜交圖像分析系統:FISH
3．多色熒光原位雜交系統:mFISH/mBAND
4．比較基因組雜交定量分析:CGH
5．彗星分析:Comet imager
6．自動掃描系統:Metafer
二、各系統的原理
一）染色體核型分析
1．原理
染色體組型又稱核型，是指將動物、植物、真菌等的某一個體或某一分類群（亞種、種、屬等）的體細胞內的整套染色體，按它們相對恒定的特征排列起來的圖像。
核型模式圖是指將一個染色體組的全部染色體逐個按其特征繪制下來，再按長短、形態等特征排列起來的圖像。
是遺傳學科學研究和輔助臨床診斷的重要手段之一,是分析染色體異位和缺失,診斷各種遺傳疾病的關鍵指標。
2．應用意義
染色體組型分析——染色體水平上的表型
可確定物種的特征，確定種屬親緣關系
分析生物物種的變異和進化過程
識別單條染色體、基因定位
臨床應用（染色體疾病、產前診斷）
二）熒光原位雜交分析系統
1．FISH的基本原理
基本原理是用已知的標記單鏈核酸為探針，按照堿基互補的原則，與待檢材料中未知的單鏈核酸進行異性結合，形成可被檢測的雜交雙鏈核酸。由于DNA分子在染色體上是沿著染色體縱軸呈線性排列，因而可以探針直接與染色體進行雜交從而將特定的基因在染色體上定位。
2．特點
●操作簡便，探針標記后穩定，一次標記后可使用二年。
●方法敏感，能迅速得到結果。
●在同一標本上，可同時幾種不同探針。
●不僅可用于分裂細胞染色體數量或結構變化的研究，而且還可用于靜止期細胞的染色體數量及基因改變的研究
3．應用
可用于標記染色體的識別、特異融合基因的檢測、新基因定位，用全染色體涂抹探針識別復雜的染色體結構異常
三）多色熒光原位雜交
1．原理
M-FISH相當于在 一次雜交中給每一條染色體都涂上了不同的顏色, 因而很容易就可看到多條染色體間的復雜易位情況和確定標志染 色體的來源.
2．應用
M-FISH是1996年才建立的一種新技術。使用5種熒光染料按比例標記探針，雜交后形成24條染色體上24種特異的熒光色彩以供核型分析。它為人們提供了既豐富又完善的細胞遺傳學信息，包括確定標記染色體的來源、檢測微小的染色體易位和檢測復雜的染色體易位。
四）比較基因組雜交定量分析
1．原理
CGH不需要制備患者的染色體標本,只需采用腫瘤患者的基因組DNA和正常人的基因組DNA作為探針，與正常人的中期染色體分裂相進行雜交。比較兩種探針所標的熒光信號的強度比率來判斷腫瘤患者的DNA是否存在缺失、增加或復制。
2．特點
●CGH最適合于檢測實體瘤, 淋巴瘤等不易得到高質量染色體標本的疾病.
●CGH可在一次雜交中檢測整個基因遺傳物質的增加或減少,但精度有限, 對微小的擴增或缺失檢測不出,僅適用于對整個基因組進行篩查.CGH也無法發現平衡染色體易位.
五）彗星分析系統
1．簡介
是一種計算細胞內由于放射致癌物質或環境毒素所造成DNA損傷的系統。處理過的細胞在電泳時，小的DNA碎片比大的移動較快，所以染了熒光探針的變異細胞核會形成彗星狀，正常的核仍保持圓形。彗星分析具備了簡易及高靈敏度等優點，日漸成為一個監察引致突變物質的強有力手段。
2．應用
(1)檢測瘤體內的乏氧細胞
實體瘤內的乏氧細胞對電離輻射和化療藥物的殺傷作用，相對表現抗拒。用“彗星”法檢測乏氧細胞，主要基于電離輻射所造成的有氧細胞的DNA鏈斷裂比乏氧細胞大3倍這樣一個事實。
(2)測定DNA損傷程度和細胞殺滅效應之間的關系
最近，用“彗星”法分析人體腫瘤多細胞球體和實驗動物腫瘤的結果顯示，初始DNA損傷的量化測定可能成為評價細胞殺滅效應的指標。結果亦顯示腫瘤細胞具有修復DNA損傷的能力，而細胞修復損傷的能力被認為是判斷同樣打擊條件下，不同細胞存活程度的另一重要依據。
(3)凋亡細胞的檢測
“彗星”分析法能檢測細胞凋亡的主要原理，是依據細胞水解電泳后DNA的圖像特點，即凋亡細胞產生的大量DNA片段幾乎都可以泳動。用一種改良方法，即DNA交聯試劑滴定法還可提供DNA片段大小的信息，因此可區別凋亡和壞死兩種不同形式的細胞死亡。
(4)測定腫瘤生長分數
實體瘤中90％的細胞是處于靜止態的，因此對抗代謝和抗有絲分裂藥物表現耐受。拓撲酶Ⅱ抑制劑依托泊苷可造成增殖細胞的DNA斷裂，而對非增殖細胞不發生作用。因此對經過依托泊苷體外處理的腫瘤細胞進行“彗星”分析，可檢測實體瘤中非周期細胞的比例、生長分數，與其它方法測定的結果非常吻合。
(5)在腫瘤生物學中的其它應用和展望
“彗星”分析可與其它單細胞檢測技術結合應用，包括作用于DNA藥物的抗體或磁性免疫珠，將來通過免疫學分析與DNA損傷分析相結合的方法，可能獲得關于藥物耐受的進一步信息。例如“彗星”分析可以告訴我們一個細胞的DNA未損傷，而上述方法則可以告訴我們是由于藥物未達到細胞還是細胞對藥物無反應。“彗星”分析亦可與DNA雜交技術相結合，從而有可能深入分析某些DNA序列是否受損或修復。
六）自動掃描系統
1．簡介
結合使用電動顯微鏡和掃描臺，自動掃描熒光玻片，自動尋找中期或其他微小的熒光標記。找到的位置可自動或手動用高倍排列在屏幕上以供確認和自動核型分析。每一個掃描視野也可以自動復位以便進一步的觀察和分析
2．應用
●統計大量間期細胞核的FISH信號
●在明場或熒光圖象中自動查找分裂中期染色體
●自動檢測熒光標記的特殊細胞
3．特點
大大提高常規檢測和研究的效率，同時掃描可以在無人看管的情況下在夜間運行，節約了寶貴的日間工作時間
1．自動染色體核形分析系統:karyotyping
2．熒光原位雜交圖像分析系統:FISH
3．多色熒光原位雜交系統:mFISH/mBAND
4．比較基因組雜交定量分析:CGH
5．彗星分析:Comet imager
6．自動掃描系統:Metafer
二、各系統的原理
一）染色體核型分析
1．原理
染色體組型又稱核型，是指將動物、植物、真菌等的某一個體或某一分類群（亞種、種、屬等）的體細胞內的整套染色體，按它們相對恒定的特征排列起來的圖像。
核型模式圖是指將一個染色體組的全部染色體逐個按其特征繪制下來，再按長短、形態等特征排列起來的圖像。
是遺傳學科學研究和輔助臨床診斷的重要手段之一,是分析染色體異位和缺失,診斷各種遺傳疾病的關鍵指標。
2．應用意義
染色體組型分析——染色體水平上的表型
可確定物種的特征，確定種屬親緣關系
分析生物物種的變異和進化過程
識別單條染色體、基因定位
臨床應用（染色體疾病、產前診斷）
二）熒光原位雜交分析系統
1．FISH的基本原理
基本原理是用已知的標記單鏈核酸為探針，按照堿基互補的原則，與待檢材料中未知的單鏈核酸進行異性結合，形成可被檢測的雜交雙鏈核酸。由于DNA分子在染色體上是沿著染色體縱軸呈線性排列，因而可以探針直接與染色體進行雜交從而將特定的基因在染色體上定位。
2．特點
●操作簡便，探針標記后穩定，一次標記后可使用二年。
●方法敏感，能迅速得到結果。
●在同一標本上，可同時幾種不同探針。
●不僅可用于分裂細胞染色體數量或結構變化的研究，而且還可用于靜止期細胞的染色體數量及基因改變的研究
3．應用
可用于標記染色體的識別、特異融合基因的檢測、新基因定位，用全染色體涂抹探針識別復雜的染色體結構異常
三）多色熒光原位雜交
1．原理
M-FISH相當于在 一次雜交中給每一條染色體都涂上了不同的顏色, 因而很容易就可看到多條染色體間的復雜易位情況和確定標志染 色體的來源.
2．應用
M-FISH是1996年才建立的一種新技術。使用5種熒光染料按比例標記探針，雜交后形成24條染色體上24種特異的熒光色彩以供核型分析。它為人們提供了既豐富又完善的細胞遺傳學信息，包括確定標記染色體的來源、檢測微小的染色體易位和檢測復雜的染色體易位。
四）比較基因組雜交定量分析
1．原理
CGH不需要制備患者的染色體標本,只需采用腫瘤患者的基因組DNA和正常人的基因組DNA作為探針，與正常人的中期染色體分裂相進行雜交。比較兩種探針所標的熒光信號的強度比率來判斷腫瘤患者的DNA是否存在缺失、增加或復制。
2．特點
●CGH最適合于檢測實體瘤, 淋巴瘤等不易得到高質量染色體標本的疾病.
●CGH可在一次雜交中檢測整個基因遺傳物質的增加或減少,但精度有限, 對微小的擴增或缺失檢測不出,僅適用于對整個基因組進行篩查.CGH也無法發現平衡染色體易位.
五）彗星分析系統
1．簡介
是一種計算細胞內由于放射致癌物質或環境毒素所造成DNA損傷的系統。處理過的細胞在電泳時，小的DNA碎片比大的移動較快，所以染了熒光探針的變異細胞核會形成彗星狀，正常的核仍保持圓形。彗星分析具備了簡易及高靈敏度等優點，日漸成為一個監察引致突變物質的強有力手段。
2．應用
(1)檢測瘤體內的乏氧細胞
實體瘤內的乏氧細胞對電離輻射和化療藥物的殺傷作用，相對表現抗拒。用“彗星”法檢測乏氧細胞，主要基于電離輻射所造成的有氧細胞的DNA鏈斷裂比乏氧細胞大3倍這樣一個事實。
(2)測定DNA損傷程度和細胞殺滅效應之間的關系
最近，用“彗星”法分析人體腫瘤多細胞球體和實驗動物腫瘤的結果顯示，初始DNA損傷的量化測定可能成為評價細胞殺滅效應的指標。結果亦顯示腫瘤細胞具有修復DNA損傷的能力，而細胞修復損傷的能力被認為是判斷同樣打擊條件下，不同細胞存活程度的另一重要依據。
(3)凋亡細胞的檢測
“彗星”分析法能檢測細胞凋亡的主要原理，是依據細胞水解電泳后DNA的圖像特點，即凋亡細胞產生的大量DNA片段幾乎都可以泳動。用一種改良方法，即DNA交聯試劑滴定法還可提供DNA片段大小的信息，因此可區別凋亡和壞死兩種不同形式的細胞死亡。
(4)測定腫瘤生長分數
實體瘤中90％的細胞是處于靜止態的，因此對抗代謝和抗有絲分裂藥物表現耐受。拓撲酶Ⅱ抑制劑依托泊苷可造成增殖細胞的DNA斷裂，而對非增殖細胞不發生作用。因此對經過依托泊苷體外處理的腫瘤細胞進行“彗星”分析，可檢測實體瘤中非周期細胞的比例、生長分數，與其它方法測定的結果非常吻合。
(5)在腫瘤生物學中的其它應用和展望
“彗星”分析可與其它單細胞檢測技術結合應用，包括作用于DNA藥物的抗體或磁性免疫珠，將來通過免疫學分析與DNA損傷分析相結合的方法，可能獲得關于藥物耐受的進一步信息。例如“彗星”分析可以告訴我們一個細胞的DNA未損傷，而上述方法則可以告訴我們是由于藥物未達到細胞還是細胞對藥物無反應。“彗星”分析亦可與DNA雜交技術相結合，從而有可能深入分析某些DNA序列是否受損或修復。
六）自動掃描系統
1．簡介
結合使用電動顯微鏡和掃描臺，自動掃描熒光玻片，自動尋找中期或其他微小的熒光標記。找到的位置可自動或手動用高倍排列在屏幕上以供確認和自動核型分析。每一個掃描視野也可以自動復位以便進一步的觀察和分析
2．應用
●統計大量間期細胞核的FISH信號
●在明場或熒光圖象中自動查找分裂中期染色體
●自動檢測熒光標記的特殊細胞
3．特點
大大提高常規檢測和研究的效率，同時掃描可以在無人看管的情況下在夜間運行，節約了寶貴的日間工作時間
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