RU2433175C2 - Method of cell analysis by means of biochip - Google Patents

Method of cell analysis by means of biochip Download PDF

Info

Publication number
RU2433175C2
RU2433175C2 RU2009144005/10A RU2009144005A RU2433175C2 RU 2433175 C2 RU2433175 C2 RU 2433175C2 RU 2009144005/10 A RU2009144005/10 A RU 2009144005/10A RU 2009144005 A RU2009144005 A RU 2009144005A RU 2433175 C2 RU2433175 C2 RU 2433175C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cells
biochip
bound
cell
study
Prior art date
Application number
RU2009144005/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009144005A (en
Inventor
Александр Валентинович Шишкин (RU)
Александр Валентинович Шишкин
Original Assignee
Александр Валентинович Шишкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Валентинович Шишкин filed Critical Александр Валентинович Шишкин
Priority to RU2009144005/10A priority Critical patent/RU2433175C2/en
Publication of RU2009144005A publication Critical patent/RU2009144005A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2433175C2 publication Critical patent/RU2433175C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: described is method of cell analysis by means of biochip, containing immobilised molecules of substances, able of binding with molecules, which are on the surface of cells, includes incubation of biochip with suspension of cells. Then, washing of biochip from nonspecifically bound cells is carried out. After that, fixation and staining of cells, reading of results and estimation of quantity of cells, which bound in one or several parts of biochip of the given area, are performed. In conclusion, analysis of the image of bound cells is carried out. Before carrying out fixation from biochip surface excess of liquid is removed, without permitting it to dry.
EFFECT: improvement of technology.
4 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области медицины, но также может быть использовано в ветеринарии и биологии.The invention relates to medicine, but can also be used in veterinary medicine and biology.

Известен способ исследования клеток с помощью иммунологических биочипов (см. Liu A.Y. Differential Expression of Cell Surface Molecules in Prostate Cancer Cells // Cancer Research. 2000, Vol.60, p.3429-3434), заключающийся в том, что биочип, содержащий иммобилизованные антитела, инкубируют с суспензией клеток. Клетки, имеющие на своей поверхности соответствующие антигены, связываются с антителами, иммобилизованными в строго определенных участках подложки. Затем биочип отмывают от клеток, не связавшихся с иммобилизованными антителами. Проводят считывание результата путем микроскопического исследования биочипа, в результате которого определяют, в каких именно его участках произошло связывание клеток. Таким образом, устанавливают наличие определяемых поверхностных антигенов у исследуемых клеток.A known method for the study of cells using immunological biochips (see Liu AY Differential Expression of Cell Surface Molecules in Prostate Cancer Cells // Cancer Research. 2000, Vol.60, p. 3429-3434), which consists in the fact that the biochip containing immobilized antibodies are incubated with a suspension of cells. Cells having corresponding antigens on their surface bind to antibodies immobilized in strictly defined regions of the substrate. Then the biochip is washed from cells that did not bind to immobilized antibodies. Reading the result is carried out by microscopic examination of the biochip, as a result of which it is determined in which particular areas of the cell binding occurred. Thus, the presence of detectable surface antigens in the studied cells is established.

Недостатком известного способа является то, что не предусмотрена возможность окрашивания и морфологического исследования клеток. В результате, при исследовании суспензий, содержащих несколько типов клеток, нельзя точно установить на каких именно клетках присутствует тот или иной из определяемых антигенов.The disadvantage of this method is that it is not provided for the possibility of staining and morphological studies of cells. As a result, in the study of suspensions containing several types of cells, it is impossible to determine exactly which cells one or another of the determined antigens is present.

Известен способ исследования клеток с помощью иммунологических биочипов (см. А.В. Шишкин, И.И. Шмырев, С.А. Кузнецова, Н.Г. Овчинина, А.А. Бутылин, Ф.И. Атауллаханов, А.И. Воробьев «Иммунологические биочипы для параллельного определения поверхностных антигенов и морфологического исследования клеток», Биологические мембраны, 2008, том 25, №4, с 277-284), взятый за прототип, заключающийся в том, что биочип, содержащий иммобилизованные антитела, инкубируют с суспензией клеток. Клетки, имеющие на своей поверхности соответствующие антигены, связываются с антителами, иммобилизованными в строго определенных участках подложки (пятнах биочипа). Затем биочип отмывают от клеток, не специфически связавшихся с поверхностью биочипа, но не связавшихся с иммобилизованными антителами. В результате, на поверхности биочипа остаются только клетки, связавшиеся с антителами. После этого биочип высушивают на воздухе, фиксируют метанолом, окрашивают по Романовскому-Гимзе и проводят морфологическое исследование связавшихся клеток. Выполняют считывание результата, при котором получают изображение пятен биочипа (участков поверхности биочипа с иммобилизованными антителами), в которых связались клетки. Определяют плотность связывания клеток в каждом пятне биочипа (отношение количества связанных клеток к площади поверхности участка). Осуществляют анализ результата. При этом, исходя из значений плотности связывания клеток, полученных для каждого пятна, рассчитывают содержание в суспензии клеток, имеющих соответствующие поверхностные антигены. Кроме того, проводят анализ изображения клеток (морфологическое исследование) путем непосредственного микроскопического исследования клеток, связавшихся в области пятен биочипа или путем изучения изображений, полученных при микрофотографировании пятен. Проведение морфологического исследования позволяет определить, какие именно типы клеток имеют на своей поверхности тот или иной антиген.A known method for the study of cells using immunological biochips (see A.V. Shishkin, I.I. Shmyrev, S.A. Kuznetsova, N.G. Ovchinina, A.A. Butylin, F.I. Ataullakhanov, A.I. Vorobyov “Immunological biochips for the parallel determination of surface antigens and morphological study of cells”, Biological membranes, 2008, Volume 25, No. 4, pp. 277-284), taken as a prototype, namely that the biochip containing immobilized antibodies is incubated with cell suspension. Cells with corresponding antigens on their surface bind to antibodies immobilized in strictly defined areas of the substrate (biochip spots). Then, the biochip is washed from cells that did not specifically bind to the surface of the biochip, but did not bind to immobilized antibodies. As a result, only cells bound to antibodies remain on the biochip surface. After that, the biochip is dried in air, fixed with methanol, stained according to Romanovsky-Giemsa and a morphological study of the bound cells is carried out. The result is read in which an image of the biochip spots (areas of the biochip surface with immobilized antibodies) in which the cells bind is obtained. The density of cell binding in each spot of the biochip is determined (the ratio of the number of connected cells to the surface area of the site). Perform an analysis of the result. In this case, based on the values of the cell binding density obtained for each spot, the content in the suspension of cells having the corresponding surface antigens is calculated. In addition, an image analysis of cells (morphological examination) is carried out by direct microscopic examination of cells bound in the area of the biochip stains or by studying images obtained by microphotography of stains. A morphological study allows us to determine which types of cells have a particular antigen on their surface.

Недостатком известного способа является то, что в процессе высушивания биочипа происходит существенное изменение морфологических характеристик клеток. При морфологическом исследовании клеток отмечается их деформация, многие клетки имеют признаки апоптоза. Часть клеток разрушается. Это затрудняет их распознавание. В пятнах с высокой плотностью связывания клеток в ряде случаев клетки выглядят «слившимися» друг с другом. Это затрудняет определение плотности их связывания. Причина заключается в том, что при высушивании биочипа происходит испарение воды из оставшихся на его поверхности капель буферного раствора. Это приводит к постепенному увеличению концентрации солей. Изменение осмотического давления приводит к деформированию клеток и, по всей вероятности, вызывает процессы, приводящие к запуску механизмов апоптоза.The disadvantage of this method is that in the process of drying the biochip there is a significant change in the morphological characteristics of the cells. A morphological study of cells shows their deformation, many cells have signs of apoptosis. Some cells are destroyed. This makes their recognition difficult. In spots with a high density of cell binding, in some cases the cells look “merged” with each other. This makes it difficult to determine the density of their binding. The reason is that when the biochip is dried, water evaporates from the droplets of the buffer solution remaining on its surface. This leads to a gradual increase in salt concentration. A change in osmotic pressure leads to cell deformation and, in all likelihood, causes processes leading to the initiation of apoptosis mechanisms.

Задачей заявленного изобретения является сохранение морфологических характеристик связавшихся с биочипом клеток, повышение точности и надежности получаемых результатов вследствие исключения возможных ошибок при проведении морфологического исследования и определения плотности связывания клеток.The objective of the claimed invention is to preserve the morphological characteristics of cells bound to the biochip, to increase the accuracy and reliability of the results obtained by eliminating possible errors during morphological studies and determining the density of cell binding.

Поставленная задача решается за счет того, что согласно способу исследования клеток с помощью биочипа, содержащего иммобилизованные молекулы веществ, способных связываться с молекулами, находящимися на поверхности клеток, включающего инкубацию биочипа с суспензией клеток, отмывку биочипа от не специфически связавшихся клеток, фиксацию и окрашивание клеток, считывание результата, оценку количества клеток, связавшихся в одном или нескольких участках биочипа заданной площади, анализ изображения связавшихся клеток, перед проведением фиксации с поверхности биочипа удаляют избыток жидкости, не допуская при этом ее высушивания.The problem is solved due to the fact that according to the method of studying cells using a biochip containing immobilized molecules of substances capable of binding to molecules located on the surface of cells, including incubating the biochip with a suspension of cells, washing the biochip from non-specifically bound cells, fixing and staining cells , reading the result, estimating the number of cells bound in one or more parts of the biochip of a given area, analyzing the image of the bound cells, before conducting phi sation from the surface of the biochip remove excess fluid, while avoiding its drying.

Из биочипа приготовляют долговременный препарат для микроскопических исследований.A long-term preparation for microscopic studies is prepared from a biochip.

Во время удаления избытка отмывочной жидкости биочип помещают в атмосферу с повышенной влажностью воздуха.During the removal of excess washing liquid, the biochip is placed in an atmosphere with high humidity.

Результатом использования изобретения является повышение точности и надежности получаемых результатов вследствие сохранения морфологических характеристик связавшихся с биочипом клеток и исключения возможных ошибок при проведении их морфологического исследования и определении плотности связывания клеток.The result of using the invention is to increase the accuracy and reliability of the results due to the preservation of the morphological characteristics of the cells bound to the biochip and the elimination of possible errors during their morphological studies and determination of cell binding density.

Использование заявленного способа позволяет предотвратить изменение формы клеток, формы ядра и других морфологических характеристик клеток, обусловленное изменением осмотического давления при испарении воды из оставшихся на поверхности биочипа капель буферного раствора и апоптотическими процессами в клетках. При добавлении фиксирующей жидкости непосредственно после устранения избытка отмывочного раствора происходит гибель клеток без запуска механизма апоптоза. При этом также не происходит изменений, обусловленных повышением концентрации солей.Using the inventive method, it is possible to prevent a change in the shape of the cells, the shape of the nucleus and other morphological characteristics of the cells caused by a change in the osmotic pressure during evaporation of water from the droplets of the buffer solution remaining on the surface of the biochip and apoptotic processes in the cells. When fixing fluid is added immediately after eliminating the excess washing solution, cell death occurs without triggering apoptosis. However, there are also no changes due to an increase in the concentration of salts.

Из биочипа после выполнения окрашивания может быть приготовлен долговременный препарат для микроскопического исследования. Это позволяет защитить его поверхность со связавшимися клетками от повреждения и многократно проводить микроскопическое исследование с использованием иммерсионных объективов. Кроме того, это позволяет неограниченно долго сохранять биочип после выполнения исследования.After staining, a long-term preparation for microscopic examination can be prepared from the biochip. This allows you to protect its surface with the bound cells from damage and repeatedly microscopic examination using immersion lenses. In addition, this allows the biochip to be stored indefinitely after the study.

Выполнение манипуляций, связанных с удалением избытка отмывочного раствора, в условиях повышенной влажности воздуха позволяет замедлить или предотвратить высыхание поверхности биочипа и позволяет увеличить допустимый промежуток времени между удалением избытка отмывочного раствора и помещением биочипа в фиксирующую жидкость.Performing the manipulations associated with removing excess washing solution in conditions of high humidity allows you to slow down or prevent the drying of the biochip surface and allows you to increase the allowable time interval between removing the excess washing solution and placing the biochip in the fixing liquid.

Заявленный способ поясняется чертежами (фиг.1-4).The claimed method is illustrated by drawings (figures 1-4).

На фиг.1 представлены результаты исследования с помощью биочипа клеток больного С., 51 год, с диагнозом хронический В-клеточный лимфоцитарный лейкоз (В-ХЛЛ). На представленной диаграмме приводятся выраженные в процентах значения плотности связывания клеток в тестовых участках биочипа с иммобилизованными антителами. Данные значения численно соответствуют процентному содержанию в исследуемом образце клеток, имеющих каждый из определяемых антигенов.Figure 1 presents the results of a study using a biochip of cells of patient C., 51 years old, with a diagnosis of chronic B-cell lymphocytic leukemia (B-CLL). The diagram below shows the percentage values of cell binding density in test sections of the biochip with immobilized antibodies. These values numerically correspond to the percentage in the test sample of cells having each of the determined antigens.

На фиг.2 представлены микрофотографии участков пятен (с иммобилизованными антителами, специфичными к антигену CD23) двух биочипов, на которых проводилось исследование лимфоцитов, выделенных из периферической крови больного с диагнозом хронический В-клеточный лимфоцитарный лейкоз. Окраска по Романовскому-Гимзе. Увеличение в 1000 раз. а) Исследование проводилось по заявленному способу. Структура клеток хорошо сохранена. б) Исследование проводилось способом, взятым в качестве прототипа. Клетки деформированы, у части клеток отмечается фрагментация ядра. Часть клеток разрушена.Figure 2 presents micrographs of the spots (with immobilized antibodies specific for the CD23 antigen) of two biochips, on which the study of lymphocytes isolated from the peripheral blood of a patient with a diagnosis of chronic B-cell lymphocytic leukemia was performed. Coloring according to Romanovsky-Giemsa. 1000x magnification. a) The study was conducted according to the claimed method. The cell structure is well preserved. b) The study was carried out by the method taken as a prototype. The cells are deformed, fragmentation of the nucleus is noted in some of the cells. Some cells are destroyed.

На фиг.3 представлены результаты определения с помощью биочипа процентного содержания клеток, имеющих различные антигены. Клетки больного В. 77 лет. Диагноз: волосатоклеточный лейкоз (ВКЛ). На представленной диаграмме приводятся выраженные в процентах значения плотности связывания клеток в тестовых участках биочипа с иммобилизованными антителами. Данные значения численно соответствуют процентному содержанию в исследуемом образце клеток, имеющих каждый из определяемых антигенов.Figure 3 presents the results of determination using a biochip of the percentage of cells having various antigens. Cells of patient B. 77 years. Diagnosis: hairy cell leukemia (ON). The diagram below shows the percentage values of cell binding density in test sections of the biochip with immobilized antibodies. These values numerically correspond to the percentage in the test sample of cells having each of the determined antigens.

На фиг.4 представлена микрофотография участка пятна (с иммобилизованными антителами анти-СD19) биочипа, на котором проводилось исследование лимфоцитов, выделенных из периферической крови больного с диагнозом волосатоклеточный лейкоз. Исследование проводилось по заявленному способу. Структура клеток хорошо сохранена. Хорошо видны выросты цитоплазмы, напоминающие ворсинки, что характерно для клеток данной опухоли. Увеличение в 1000 раз. Окраска по Паппенгейму.Figure 4 presents a micrograph of the spot (with immobilized anti-CD19 antibodies) of the biochip, on which a study was conducted of lymphocytes isolated from the peripheral blood of a patient with a diagnosis of hairy cell leukemia. The study was conducted according to the claimed method. The cell structure is well preserved. The outgrowths of the cytoplasm resembling villi are clearly visible, which is characteristic of the cells of this tumor. 1000x magnification. Pappenheim stain.

Заявленный способ осуществляется следующим образом. Биочип, представляющий собой прозрачную твердую подложку с иммобилизованными в заданных участках (пятнах) антителами или иными молекулами, способными связываться с поверхностными молекулами клеток, закрепляют в кювете, чашке Петри или иной емкости. В емкость наливают исследуемую клеточную суспензию и осуществляют инкубацию. Клетки оседают на поверхность биочипа и приходят в контакт с иммобилизованными антителами. Если клетки имеют соответствующие поверхностные антигены, происходит их связывание в данных участках (пятнах) поверхности биочипа. Затем осуществляют отмывку биочипа изотоническим раствором для устранения клеток, не связавшихся с антителами. После завершения отмывки в области пятен биочипа остаются связанными только те клетки, которые имеют соответствующие поверхностные антигены. Сразу же после выполнения отмывки оставшийся отмывочный раствор сливают, а его капли устраняют со стенок емкости пипеткой, не касаясь биочипа. После этого в емкость с биочипом наливают фиксирующую жидкость, например метанол, спиртово-формалиновый раствор или иную жидкость, и осуществляют инкубацию в течение необходимого времени. Промежуток времени между удалением избытка отмывочного раствора и добавлением фиксирующей жидкости не должен превышать 15-30 секунд. Но он может быть увеличен, если данный этап проведения анализа выполняется при повышенной влажности воздуха, препятствующей испарению воды с поверхности биочипа.The claimed method is as follows. The biochip, which is a transparent solid substrate with antibodies or other molecules immobilized in predetermined areas (spots), capable of binding to surface cell molecules, is fixed in a cuvette, Petri dish, or other container. The test cell suspension is poured into the container and incubated. Cells settle on the surface of the biochip and come into contact with immobilized antibodies. If the cells have corresponding surface antigens, they bind in these areas (spots) of the biochip surface. Then, the biochip is washed with an isotonic solution to eliminate cells that are not bound to antibodies. After washing, only those cells that have the corresponding surface antigens remain bound in the area of the biochip spots. Immediately after washing, the remaining washing solution is drained, and its drops are removed from the walls of the tank with a pipette, without touching the biochip. After that, a fixing liquid, for example methanol, an alcohol-formalin solution or another liquid, is poured into a container with a biochip and incubated for the required time. The time interval between removal of excess washing solution and the addition of fixing fluid should not exceed 15-30 seconds. But it can be increased if this stage of the analysis is performed at high air humidity, which prevents the evaporation of water from the surface of the biochip.

После завершения обработки биочипа фиксирующей жидкостью (12-15 минут для метанола, 30 секунд для спиртово-формалинового раствора) ее сливают. На данном этапе высушивание биочипа допускается. В кювету наливают окрашивающий раствор, например раствор азура II и эозина при окраске по Романовскому-Гимзе. Возможно проведение окрашивания препарата любым другим известным способом. В частности, возможно выполнение различных вариантов цитохимического окрашивания, позволяющего выявлять в клетках наличие различных веществ (См., например, «Атлас клеток крови и костного мозга» под редакцией Г.И.Козинца, М.: «Триада-Х», 1998 г., с.65-73).After processing the biochip with a fixing liquid (12-15 minutes for methanol, 30 seconds for an alcohol-formalin solution), it is drained. At this stage, drying the biochip is allowed. A staining solution is poured into the cuvette, for example, a solution of azure II and eosin during Romanovsky-Giemsa staining. It is possible to stain the drug in any other known manner. In particular, it is possible to carry out various variants of cytochemical staining, which makes it possible to detect the presence of various substances in the cells (see, for example, “Atlas of blood and bone marrow cells” edited by G.I. Kozintsa, Moscow: Triada-X, 1998 ., p. 65-73).

После завершения окрашивания биочип ополаскивают водой или иной жидкостью и высушивают. Затем осуществляют приготовление долговременного препарата любым известным способом, применяющимся при работе с цитологическими препаратами. Возможно, в частности, заключение биочипа в канадский бальзам или иную композицию с подобными свойствами, например, в жидкость для приготовления и цитологических гистологических препаратов «Shandon-Mount» (производитель-«Thermo-electron corporation», США, Pitsburg).After staining, the biochip is rinsed with water or another liquid and dried. Then carry out the preparation of a long-term drug by any known method used when working with cytological preparations. It is possible, in particular, to enclose the biochip in a Canadian balsam or other composition with similar properties, for example, in the preparation liquid and cytological histological preparations “Shandon-Mount” (manufacturer - “Thermo-electron corporation”, USA, Pitsburg).

Осуществляют считывание результата, для этого получают изображение пятен и фоновых участков биочипа (например, путем фотографирования с помощью фотокамеры, смонтированной на микроскопе или иного устройства) и определяют плотность связывания клеток (количество клеток, связавшихся на участке поверхности биочипа заданной площади) в области пятен биочипа и фоновых участков. Процесс может быть автоматизирован.The result is read, for this an image of spots and background sections of the biochip is obtained (for example, by photographing with a camera mounted on a microscope or other device) and the density of cell binding (the number of cells bound on the biochip surface area of a given area) in the area of the biochip spots is determined and background plots. The process can be automated.

В случае, если инкубация биочипа с клеточной суспензией осуществлялась без какого-либо перемешивания или возникновения потоков жидкости, при анализе результата возможно определение содержания в суспензии клеток, экспрессирующих определяемые поверхностные антигены. Плотность связывания клеток в области пятна биочипа пропорциональна содержанию в суспензии клеток, экспрессирующих соответствующий поверхностный антиген. При выполнении анализа результата определяют отношение значений плотности связывания клеток в области каждого пятна биочипа к максимально возможному при данных условиях значению плотности связывания клеток (в области пятна положительного контроля). В качестве такового может, например, выступать пятно с антителами, специфичными к антигену CD45 на биочипе, предназначенном для исследования лейкоцитов. Полученные результаты могут быть выражены в процентах (фиг.1, 3). Эти значения численно хорошо соответствуют фактическому процентному содержанию в образце клеток, имеющих соответствующие антигены, устанавливаемому с помощью референтных методов. Помимо количественного определения плотности связывания клеток в некоторых случаях может быть использовано ее качественное или полуколичественное определение. В этих случаях оценка содержания в образце клеток, имеющих определяемые антигены, также будет качественной или полуколичественной.If the biochip was incubated with the cell suspension without any stirring or the appearance of fluid flows, the analysis of the result makes it possible to determine the content in the suspension of cells expressing detectable surface antigens. The binding density of cells in the area of the biochip spot is proportional to the content in the suspension of cells expressing the corresponding surface antigen. When analyzing the result, the ratio of the values of cell binding density in the area of each biochip spot to the maximum possible value of cell binding density under the given conditions (in the area of the positive control spot) is determined. As such, for example, a spot with antibodies specific for the CD45 antigen can act on a biochip intended for the study of leukocytes. The results can be expressed as a percentage (figure 1, 3). These values are numerically well consistent with the actual percentage in the sample of cells having the appropriate antigens, determined using reference methods. In addition to quantifying the density of cell binding, in some cases, its qualitative or semi-quantitative determination can be used. In these cases, the assessment of the content of cells having detectable antigens in the sample will also be qualitative or semi-quantitative.

В зависимости от целей и задач исследования может определяться плотность связывания клеток во всех пятнах биочипа или только в некоторых пятнах.Depending on the goals and objectives of the study, the binding density of cells in all spots of the biochip or only in some spots can be determined.

Выполняют морфологическое исследование клеток, связавшихся в области каждого пятна биочипа (фиг.1, 2). Его осуществляют путем непосредственного микроскопического исследования клеток, связавшихся в области пятен биочипа или путем изучения изображений, полученных при микрофотографировании пятен. Микроскопическое исследование может выполняться как с применением объективов, не приходящих в контакт с поверхностью препарата, так и с применением иммерсионных (масляных) объективов. При этом возможно многократное микроскопическое исследование препарата с использованием иммерсионных объективов без каких-либо повреждений препарата и загрязнения объективов. Изображение пятен биочипа и связавшихся в них клеток также может быть получено, например, с помощью проекционной аппаратуры, что в некоторых случаях является более предпочтительным.A morphological study of cells bound in the area of each biochip spot is performed (Figs. 1, 2). It is carried out by direct microscopic examination of cells bound in the area of the biochip spots or by studying the images obtained by microphotography of the spots. Microscopic examination can be performed both with the use of lenses that do not come into contact with the surface of the drug, and with the use of immersion (oil) lenses. In this case, multiple microscopic examination of the drug using immersion lenses without any damage to the drug and contamination of the lenses is possible. The image of biochip spots and cells bound in them can also be obtained, for example, using projection equipment, which in some cases is more preferable.

При проведении морфологического исследования клеток, связавшихся с биочипом, определяют признаки, необходимые для их идентификации (форму и размеры клеток и их ядер, ядерно-цитоплазматическое соотношение, структуру хроматина, наличие или отсутствие ядрышек, наличие перинуклеарного просветления, цвет ядра и цитоплазмы, наличие вакуолей, гранул и других цитоплазматических структур, а также наличие, локализацию и характер окрашивания любых других структур и объектов, выявляемых при используемом способе окрашивания). На основании этого определяют, какие именно клетки связались в области того или иного пятна биочипа. При анализе результата на участке с заданной площадью того или иного пятна может быть определено количество связавшихся клеток определенных типов или клеток, имеющих какой-либо морфологический или иной признак (совокупность признаков). Может быть определено отношение плотности связывания клеток того или иного вида к общей плотности связывания клеток в области данного пятна или к максимально возможной плотности связывания. Такой подход позволяет определять содержание в образце клеток, относящихся к различным субпопуляциям.When conducting a morphological study of cells bound to the biochip, the signs necessary for their identification (the shape and size of cells and their nuclei, nuclear-cytoplasmic ratio, chromatin structure, presence or absence of nucleoli, presence of perinuclear clearing, color of the nucleus and cytoplasm, presence of vacuoles are determined , granules and other cytoplasmic structures, as well as the presence, localization and nature of staining of any other structures and objects detected by the staining method used). Based on this, it is determined which cells are bound in the area of a particular biochip spot. When analyzing the result in the area with a given area of a spot, the number of bound cells of certain types or cells having any morphological or other characteristic (set of characteristics) can be determined. The ratio of the binding density of cells of one kind or another to the total density of binding of cells in the region of a given spot or to the maximum possible binding density can be determined. This approach allows us to determine the content in the sample of cells belonging to different subpopulations.

При необходимости может осуществляться морфометрическое исследование связавшихся клеток. Морфологическое или морфометрическое исследование связавшихся клеток может осуществляться как без автоматизации (например, путем просмотра каждого пятна биочипа под микроскопом или путем изучения микрофотографий участков соответсвующих пятен), так и с помощью компьютерных программ, распознающих изображение и проводящих его анализ.If necessary, a morphometric study of the bound cells can be carried out. A morphological or morphometric study of bound cells can be carried out both without automation (for example, by viewing each biochip spot under a microscope or by studying microphotographs of areas of the corresponding spots), and using computer programs that recognize the image and analyze it.

Заявленное изобретение направлено на повышение точности, надежности и диагностической ценности результатов анализа.The claimed invention is aimed at improving the accuracy, reliability and diagnostic value of the analysis results.

Примеры использования способа.Examples of the use of the method.

Пример 1.Example 1

С помощью двух биочипов (№1 и №2) исследовались лимфоциты, выделенные из периферической крови больного С., 51 год, с диагнозом хронический В-клеточный лимфатический лейкоз (В-ХЛЛ). Клетки были ресуспензированы в изоосмотическом буферном растворе, к которому были добавлены ЭДТА (до концентрации 0,5 мг/мл) и инактивированная нагреванием человеческая сыворотка (20% по объему).Two biochips (No. 1 and No. 2) were used to study lymphocytes isolated from the peripheral blood of patient C., 51 years old, with a diagnosis of chronic B-cell lymphatic leukemia (B-CLL). Cells were resuspended in isosmotic buffer solution, to which EDTA (to a concentration of 0.5 mg / ml) and heat-inactivated human serum (20% by volume) were added.

Использовались биочипы с антителами (IgG), специфичными к антигенам: CD2, CD3, CD4, CD5, CD7, CD8, CD9, CD10, CD11a, CD11b,CD16, CD19, CD20, CD21, CD22, CD23, CD27, CD29, CD31, CD36, CD38, CD41, CD44, CD45, CD45RA, CD56, CD71, CD72, CD95, CD98, HLA-DR, IgM. Биочип представляет собой подложку из прозрачного материала, в заданных участках которой были иммобилизованы данные антитела.Biochips with antibodies (IgG) specific for antigens were used: CD2, CD3, CD4, CD5, CD7, CD8, CD9, CD10, CD11a, CD11b, CD16, CD19, CD20, CD21, CD22, CD23, CD27, CD29, CD31, CD36, CD38, CD41, CD44, CD45, CD45RA, CD56, CD71, CD72, CD95, CD98, HLA-DR, IgM. The biochip is a substrate made of a transparent material, in the specified areas of which these antibodies were immobilized.

С помощью биочипа №1 исследование выполнялось заявленным способом, а с помощью биочипа №2 исследование выполнялось способом, взятым за прототип.Using biochip No. 1, the study was performed by the claimed method, and using biochip No. 2, the study was carried out by the method taken as a prototype.

Перед проведением исследования биочипы были закреплены в прозрачных кюветах и обработаны белковым раствором, блокирующим сайты неспецифического связывания и уменьшающим прочность неспецифического связывания клеток с подложкой. После выполнения данной обработки биочипы были отмыты раствором детергента и буферным раствором.Prior to the study, biochips were fixed in transparent cuvettes and treated with a protein solution that blocks nonspecific binding sites and reduces the strength of nonspecific binding of cells to the substrate. After performing this treatment, the biochips were washed with a detergent solution and a buffer solution.

В каждую кювету было внесено 1000 мкл клеточной суспензии, с концентрацией клеток 106 кл/мл. Инкубация биочипов с клеточной суспензией осуществлялась в течение 60 минут без какого-либо перемешивания. Затем биочипы несколько раз ополаскивали изотоническим буферным раствором для отмывки от клеток, не связавшихся с иммобилизованными антителами. Качество отмывки контролировалось с помощью микроскопии (использовался инвертированный микроскоп). Отмывка считалась выполненной, когда не оставалось связанных клеток в тех участках поверхности биочипа, где отсутствовали иммобилизованные антитела. Из кюветы с биочипом №1 сливали отмывочный раствор и устраняли его оставшиеся капли со стенок кюветы автоматической пипеткой, не касаясь поверхности биочипа (на ней также оставались капли раствора). Данная манипуляция выполнялась в помещении, где поддерживалась 100% влажность воздуха. Время выполнения данной манипуляции составило 2 минуты. После этого в кювету с биочипом №1 вносили 1 мл метанола и проводили инкубацию в течение 15 минут. После этого метанол сливали.1000 μl of a cell suspension with a cell concentration of 10 6 cells / ml was added to each cuvette. Incubation of biochips with cell suspension was carried out for 60 minutes without any stirring. Then, the biochips were rinsed several times with isotonic buffer solution to wash off cells that did not bind to immobilized antibodies. The quality of the wash was controlled using microscopy (an inverted microscope was used). Washing was considered performed when no bound cells remained in those parts of the biochip surface where there were no immobilized antibodies. The washing solution was drained from the cell with biochip No. 1 and its remaining drops removed from the walls of the cell with an automatic pipette without touching the surface of the biochip (there were also solution drops on it). This manipulation was performed in a room where 100% humidity was maintained. The time taken to complete this manipulation was 2 minutes. After that, 1 ml of methanol was added to the cuvette with biochip No. 1 and incubated for 15 minutes. After that, methanol was drained.

Из кюветы с биочипом №2 выливали отмывочную жидкость. После этого биочип в течение 30 минут высушивали на воздухе, а затем фиксировали метанолом в течение 15 минут и вновь высушивали.Washing liquid was poured from the cell with biochip No. 2. After that, the biochip was dried in air for 30 minutes, and then fixed with methanol for 15 minutes and dried again.

Оба биочипа окрашивали по Романовскому-Гимзе. Для этого в кюветы наливали разбавленный раствор азура II и эозина и инкубировали в течение 35 минут. Затем раствор красителей сливали, а кюветы с биочипами ополаскивали водой и высушивали. Извлекали биочипы из кювет и осуществляли приготовление из них долговременных препаратов. Для этого каждый из биочипов помещали на предметное стекло, куда предварительно наносили каплю жидкости для приготовления долговременных гистологических препаратов («Shandon-Mount»; производитель - «Thermo-electron corporation», Питсбург, США). Слегка прижимали биочип, сверху наносили на него еще одну каплю данной жидкости, накрывали покровным стеклом и помещали под пресс до ее затвердевания.Both biochips were stained according to Romanovsky-Giemsa. For this, a diluted solution of azure II and eosin was poured into the cuvettes and incubated for 35 minutes. Then the dye solution was drained, and the cells with biochips were rinsed with water and dried. Biochips were removed from the cuvettes and long-term preparations were prepared from them. For this, each of the biochips was placed on a glass slide, where a drop of liquid was previously applied to prepare long-term histological preparations (Shandon-Mount; manufacturer - Thermo-electron corporation, Pittsburgh, USA). The biochip was pressed lightly, another drop of this liquid was applied on top of it, covered with a coverslip and placed under a press until it hardened.

Затем каждое пятно биочипа фотографировали с помощью фотокамеры, установленной на микроскопе. На полученных микрофотографиях выбирали по 3-4 области с заданной площадью (в данном случае 100х100 мкм) и осуществляли подсчет клеток в каждой из них. Полученные значения усредняли. Средние значения плотности связывания клеток, полученные для каждого из пятен биочипа, выражали в процентах. За 100% принимали среднюю плотность связывания клеток в области пятна биочипа с антителами, специфичными к антигену CD45 (данный антиген присутствует на поверхности всех типов лейкоцитов). Полученные результаты (биочип №1) приводятся на фиг.1.Then, each spot of the biochip was photographed using a camera mounted on a microscope. On the obtained micrographs, 3-4 regions with a given area (in this case 100x100 μm) were selected and cells were counted in each of them. The obtained values were averaged. The average cell binding densities obtained for each of the biochip spots were expressed as a percentage. The average cell binding density in the area of the biochip spot with antibodies specific for the CD45 antigen was taken as 100% (this antigen is present on the surface of all types of white blood cells). The results obtained (biochip No. 1) are given in figure 1.

Затем проводили морфологическое исследование связавшихся клеток. Для этого каждое пятно биочипа просматривали на большом увеличении (использовали объектив с увеличением х100). Приготовление из биочипа долговременного препарата позволяло использовать иммерсионный объектив без повреждения связанных клеток и их механического отделения от поверхности биочипа. С помощью фотокамеры, смонтированной на микроскопе, получали микрофотографии клеток, связавшихся в каждом пятне биочипа. Примеры приводятся на фиг.2. Клетки, окрашенные на биочипе №1 (фиг.2-а) хорошо сохраняли форму и размеры, форму ядра, структуру хроматина и другие морфологические признаки, типичные для зрелых лимфоцитов. Клетки, находящиеся на биочипе №2 (фиг.2-б) были деформированными. Значительная часть клеток имела измененную форму ядер. Часть клеток была разрушена. Некоторые клетки выглядели слившимися между собой.Then a morphological study of the bound cells was performed. For this, each biochip spot was viewed at high magnification (a lens with a magnification of x100 was used). The preparation of a long-term preparation from a biochip made it possible to use an immersion lens without damaging the bound cells and their mechanical separation from the biochip surface. Using a microscope-mounted camera, micrographs of cells bound in each spot of the biochip were obtained. Examples are given in figure 2. Cells stained on biochip No. 1 (Fig.2-a) well preserved the shape and size, the shape of the nucleus, the structure of chromatin and other morphological features typical of mature lymphocytes. Cells located on the biochip No. 2 (Fig.2-b) were deformed. A significant part of the cells had an altered shape of the nuclei. Part of the cells was destroyed. Some cells looked fused together.

Таким образом, использование заявленного способа позволяет получать значительно более адекватные результаты по сравнению со способом, взятым за прототип.Thus, the use of the claimed method allows to obtain significantly more adequate results compared to the method taken as a prototype.

Пример 2.Example 2

С помощью биочипа были исследованы лимфоциты, выделенные из периферической крови больного В., 77 лет, страдающего волосатоклеточным лейкозом (ВКЛ). Использовался точно такой же биочип, как в примере 1. Подготовка биочипа к проведению анализа, инкубация с клеточной суспензией и отмывка от не связавшихся с антителами клеток выполнялись так же, как описано в примере 1.Using a biochip, lymphocytes isolated from the peripheral blood of a patient B., 77 years old, suffering from hairy cell leukemia (ON) were examined. We used exactly the same biochip as in Example 1. Preparation of the biochip for analysis, incubation with a cell suspension and washing from cells that did not bind to antibodies were performed as described in Example 1.

После завершения отмывки из кюветы сливали буферный раствор. Со стенок кюветы пипеткой убирали капли жидкости, не прикасаясь к биочипу. Данная процедура выполнялась при обычной влажности воздуха (около 70%), время ее осуществления составило 20 секунд. После этого проводилось окрашивание связавшихся с биочипом клеток по Паппенгейму. Для этого сразу же после устранения избытка отмывочной жидкости в кювету заливали раствор Мая-Грюнвальда (раствор эозина и метиленового синего в метаноле) и осуществляли инкубацию в течение 5 минут. При такой обработке фиксация совмещалась с первым этапом окрашивания. После этого биочип ополаскивали дистиллированной водой, в кювету наливали разбавленный раствор азура II и эозина и инкубировали в течение 30 минут. Затем раствор красителей сливали, а биочип вновь ополаскивали водой.After completion of washing, the buffer solution was drained from the cuvette. Drops of liquid were removed with a pipette from the walls of the cell without touching the biochip. This procedure was carried out at normal air humidity (about 70%), its implementation time was 20 seconds. After this, staining of cells bound to the biochip was carried out according to Pappenheim. For this, immediately after eliminating the excess washing liquid, a May-Grunwald solution (a solution of eosin and methylene blue in methanol) was poured into the cuvette and incubated for 5 minutes. With this treatment, fixation was combined with the first staining step. After this, the biochip was rinsed with distilled water, a diluted solution of azure II and eosin was poured into the cuvette and incubated for 30 minutes. Then the dye solution was drained, and the biochip was again rinsed with water.

Приготовление из биочипа долговременного препарата осуществлялось так же, как описано в примере 1.Preparation of a long-term preparation from a biochip was carried out as described in example 1.

Так же, как в примере 1, осуществлялось получение изображения пятен биочипа, определение плотности связывания клеток и оценка процентного содержания клеток (всех типов), имеющих каждый из определяемых антигенов. Полученные результаты приводятся на фиг.3.As in example 1, the image of biochip spots was obtained, the density of cell binding was determined, and the percentage of cells (of all types) having each of the determined antigens was estimated. The results are shown in figure 3.

Проводилось морфологическое исследование связавшихся клеток. Структура клеток хорошо сохранялась (фиг.4). Признаков деформации, фрагментации ядер и разрушения клеток не отмечалось. При окраске по Паппенгейму хорошо определялись все морфологические признаки клеток. Значительная часть связавшихся с биочипом клеток была представлена лимфоцитами округлой формы, с округлым или бобовидным ядром с разреженным хроматином, бледной цитоплазмой, имеющей тонкие выросты, напоминающие ворсинки, что характерно для клеток волосатоклеточного лейкоза.A morphological study of bound cells was performed. The cell structure was well preserved (figure 4). There were no signs of deformation, fragmentation of nuclei, or destruction of cells. When stained according to Pappenheim, all the morphological signs of the cells were well defined. A significant part of the cells bound to the biochip was represented by round-shaped lymphocytes, with a round or bean-shaped nucleus with sparse chromatin, pale cytoplasm, which has thin outgrowths resembling villi, which is typical for hairy cell leukemia cells.

Перевод фрагмента статьи - описания аналога.Translation of a fragment of an article - description of an analogue.

Реактивность CD антигенов, определенная с помощью проточной цитофлюориметрии, была проверена связыванием клеток с теми же самыми антителами, иммобилизованными на пластиковом биочипе. Этот биочип был создан путем нанесения пятен индивидуальных антител на поверхность полистироловой чашки Петри Falcon - 1034 (65 х 15 мм) с шагом 10 мм. На 1 чашке могло быть нанесено 16 пятен антител. Каждое пятно увлажнялось 1 мкл PBS перед нанесением 0,1 мкг антител в 0,1% BSA- PBS [растворе бычьего сывороточного альбумина (BSA) в фосфатном буфере (PBS)]. Антитела связывались с пластиковой поверхностью в течение 1 часа. Затем биочип ополаскивали 0,1% BSA - PBS. Далее инкубировали 1 час в 1% BSA-PBS. Клетки были ресуспензированы в малых аликвотах (менее 5 мкл) в 0,1% BSA - PBS. Связывание клеток [на такой поверхности] было удобным для световой микроскопии и фотографирования. Этот метод также использовался для определения фусина, интегрина β7, антигенов CD47, CD62L, CD62E, CD72, CD93, CD99R, CD114, CD121a, CDwl25 и CDwl31.The reactivity of CD antigens, determined by flow cytometry, was verified by binding of cells to the same antibodies immobilized on a plastic biochip. This biochip was created by staining individual antibodies on the surface of a Falcon polystyrene Petri dish - 1034 (65 x 15 mm) in 10 mm increments. On 1 cup, 16 spots of antibodies could be applied. Each spot was moistened with 1 μl of PBS before applying 0.1 μg of antibody in 0.1% BSA-PBS [bovine serum albumin (BSA) solution in phosphate buffer (PBS)]. Antibodies contacted the plastic surface for 1 hour. Then the biochip was rinsed with 0.1% BSA - PBS. Then incubated for 1 hour in 1% BSA-PBS. Cells were resuspended in small aliquots (less than 5 μl) in 0.1% BSA - PBS. Cell binding [on such a surface] was convenient for light microscopy and photography. This method was also used to determine fusin, integrin β7, CD47, CD62L, CD62E, CD72, CD93, CD99R, CD114, CD121a, CDwl25 and CDwl31 antigens.

Claims (1)

Способ исследования клеток с помощью биочипа, содержащего иммобилизованные антитела, способные связываться с поверхностными антигенами клеток, включающий инкубацию биочипа с суспензией клеток, отмывку биочипа от неспецифически связавшихся клеток, фиксацию и окрашивание связанных клеток, получение увеличенного изображения участков поверхности биочипа, оценку плотности связывания клеток в одном или нескольких участках, анализ изображения связавшихся клеток, отличающийся тем, что проведение фиксации осуществляют тотчас после удаления отмывочной жидкости с поверхности биочипа или перед фиксацией проводят удаление отмывочной жидкости при влажности воздуха 100% в течение времени, за которое не происходит появления грубых морфологических изменений клеток. A method for studying cells using a biochip containing immobilized antibodies capable of binding to surface cell antigens, including incubating the biochip with a suspension of cells, washing the biochip from non-specifically bound cells, fixing and staining related cells, obtaining an enlarged image of the surface areas of the biochip, assessing cell binding density in one or more sites, the analysis of the image of the bound cells, characterized in that the fixation is carried out immediately after it is removed I in laundering liquid from the surface of the biochip or removal is performed before fixation in laundering liquid at a humidity of 100% for the time during which there is no occurrence of gross morphological changes in cells.
RU2009144005/10A 2009-11-30 2009-11-30 Method of cell analysis by means of biochip RU2433175C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144005/10A RU2433175C2 (en) 2009-11-30 2009-11-30 Method of cell analysis by means of biochip

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144005/10A RU2433175C2 (en) 2009-11-30 2009-11-30 Method of cell analysis by means of biochip

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009144005A RU2009144005A (en) 2011-06-10
RU2433175C2 true RU2433175C2 (en) 2011-11-10

Family

ID=44736208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009144005/10A RU2433175C2 (en) 2009-11-30 2009-11-30 Method of cell analysis by means of biochip

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2433175C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШИШКИН А.В. и др. Иммунологические биочипы для параллельного определения поверхностных антигенов и морфологического исследования клеток. Биологические мембраны, 2008, т.25, №4, с.277-284. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009144005A (en) 2011-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7079203B2 (en) High-precision five-part differentiation using digital holographic microscopy and intact peripheral blood leukocytes (5-part Differential)
Ashcroft et al. Determination of the size distribution of blood microparticles directly in plasma using atomic force microscopy and microfluidics
JPH05240748A (en) Method for treating thin piece sample on surface by capillary flow
US10408842B2 (en) Subcellular western blotting of single cells
JP2009192539A (en) Method and apparatus for imaging target components in biological sample using permanent magnet
CN103620058A (en) Automated circulating tumor cell detection
US20200316589A1 (en) A Multi-Well Device for the Processing, Testing, and Multiplexed Analysis of Intact, Fixed, Paraffin or Plastic Embedded (IFPE) Biological Materials
WO2003040064A2 (en) Kits and methods for preparing cell samples optimized for dual staining
RU2433175C2 (en) Method of cell analysis by means of biochip
RU2389024C1 (en) Method of study of cells by means of immunological biochip
US20230221319A1 (en) A Method, A System, An Article, A Kit And Use Thereof For Biomolecule, Bioorganelle, Bioparticle, Cell And Microorganism Detection
JP4590109B2 (en) Products and methods for single-parameter and multi-parameter phenotyping of cells
AU2018306481B2 (en) Method for immobilising biological samples for analytical and diagnostic purposes
WO2020017451A1 (en) Isolated cell specimen, production method for isolated cell specimen, and detection method for cell of interest
RU2393216C1 (en) Method for combined immunobiological analysis of cells using biochip
WO2015019120A2 (en) Method for the analysis of immunoreactivity, and a device suitable for carrying out the method
JP6955261B2 (en) Microarrays, microarray manufacturing methods, inspection methods, and inspection kits
WO2023007422A1 (en) Apparatus and method for preparation of a biological sample for analytical or diagnostic purposes
Foissner et al. Immunogold labeling of resin-embedded electron microscopical sections
WO2022162659A1 (en) Super resolution imaging of cell-cell interface
WO1996007913A1 (en) Diagnostic apparatus
CN111487179A (en) Portable blood cell counting kit
De Clemente SINGLE-CELL BIOPHYSICAL AND KINEMATIC ANALYSIS BY MEANS OF LABEL-FREE TRACKING METHODS FOR DIAGNOSTIC APPLICATIONS IN MICROFLUIDICS
VAGINAL REAGENTS AND KITS FOR DETERMINATION OF FETAL FIBRONECTIN IN A VAGINAL SAMPLE

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151201