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【关键词】 组织芯片；医学研究；应用
1 组织芯片的概念
组织芯片（tissue chip)又称组织微阵列（tissue microarray),是将数一、数百、甚至上千个小组织按预先设计的顺序整齐地排放在一张玻片上制成的组织切片［１］。组织芯片按放置组织的多少分为多组织切片和组织切片和组织微阵列；按组织来源的不同分为人类组织芯片、动物组织芯片；人类组织芯片又可分为人类疾病组织芯片、正常组织芯片和胚胎组织芯片；人类疾病组织芯片又可分为恶性肿瘤组织芯片、良性肿瘤组织芯片、其他疾病组织芯片；根据研究目的不同，恶性肿瘤组织芯片又可分为单一肿瘤、多种肿瘤、进展期肿瘤、特定病理类型肿瘤等数十种不同的组织芯片。
2 组织芯片的发展史
1986年，Battifora［２］将脱蜡脱水的组织标本手动包裹成香肠形，随机组合，石蜡重新包埋，常规切片，后用免疫组化方法检测同一玻片上多个组织，这是较早的组织芯片雏形。次年，Wan等［３］将其改良，把石蜡包埋的组织软化，制成管状，手工铺展，随机排列，常规切片后可同步检测多个组织标本，主要用于单抗筛选。后来又有多种改良方法问世［４，５］。这些方法在一个石蜡块中放置的标本十分有限，包埋方法难以标准化，同一切片上组织标本大小不同，间距不一，形状不规则，难以进行自动化分析，而且需要很高的技术，检测效率低下，大大限制了组织芯片的发展与应用。1998年，Kononen等［６］首次提出组织芯片的概念并证实了其应用价值，此后该技术迅速发展，在后基因组织学研究中起到了其他生物技术无法替代的作用。目前仅美国、韩国等少数国家在该领域发展迅速。我国在组织芯片的研究方面起步晚，但发展迅速，现在在组织芯片设计、组合、排列、组织固定、样品登记杂交和检测等方面的技术都有较大进展，已研制出多种类型的组织芯片，价格低廉。
3 组织芯片的制作方法
31 组织处理 在组织离体后尽快用4%的中性甲醛固定，时间为24 h,组织取材厚3 mm。行常规组织处理，石蜡包埋，制成目标蜡块，做5 μm组织切片，并进行常规HE染色，用于组织定位。
32 组织芯片制作的主要步骤［７］ 采用手工制作组织芯片，主要流程是：①形态学观察，核对组织或有关疾病的诊断。②选择目标组织并分别在组织切片和相应石蜡组织块上标记，即组织定位。③制做阵列蜡块。先做空白石蜡块，并根据样本的数量及所要求的组织片的大小在空白石蜡块上钻孔，组织片的直径与孔径一致，从众多的供体组织蜡块中采集到数十至数千的圆柱形小组织。一般用06 mm直径针进行取材，将其放在直径08 mm的微阵列蜡块上，每个微阵列蜡块可包括400~800 个标本，增大取材的直径并不能更好的代表组织全貌，但在同一蜡块上进行多达20点取材则会更好的代表组织特性，而且不会损坏标本。将采集到的组织整齐地排列到受体蜡块中制成微阵列蜡块。④切片。组织片的厚度一般为5 μm，与常规组织切片基本相似，特别应注意裱片的温度，以40℃为宜。温度过高组织片易离散，过低则难以保证组织片的展开。将切好的组织片通过辅助系统转移并固定到胶化和硅化玻片上即成为可自动化分析的组织切片［6］。
4 组织芯片的主要作用
41 就方法学而言，周小鸽等［８］认为，将HE染色、组织化学、免疫组织化学、原位杂交、荧光原位杂交等技术用于组织芯片上都是可行、有效的。通过这些方法可以了解组织形态组化特性蛋白和核酸在组织细胞中的定位和分布。
42 从组织病理学角度来看，组织芯片可用于细胞表型分析和基因表达分析。
421 细胞表型分析：运用组织芯片对细胞进行高通量表型分析，可以寻找筛选与疾病发生发展及预后相关的生物分子标记。Kononen等［6］用标准的免疫组化法对组织芯片上的645例各种乳腺癌组织标本进行p53、erbB2和ER基因检测，不但发现这些标本与乳腺癌预后密切相关，而且与大组织片检测结果完全一致。Hoos等［９］用组织芯片技术对59例纤维母细胞瘤进行免疫表型分析，结果组织芯片上Ki67、p53和成视网膜细胞瘤蛋白（pRB)的表达与全部切片之间的染色一致性分别为96%、98%、91%，与完整切片相比，3个06 mm活检标本的组织芯片提供了一个可靠的高通量免疫组化表达系统。张红英等［10］应用组织芯片技术研究A103和Inhinbia α在肾上腺皮质肿瘤中的诊断价值，证实A103及lnhinbin α的联合应用对于明确肾上腺皮质肿瘤的诊断与鉴别诊断有较高价值。Chen等［１１］等利用组织芯片辨别头颈癌低氧调节蛋白，发现IKK β是一种新型内原性肿瘤低氧性标记物，可能代表一种抗癌治疗的新靶标。Lugli等［１２］利用组织芯片分析HepParl在正常肝脏组织和肿瘤组织中的表达，认为HepParl是分辨原发性和继发性肝癌合适的工具。这些研究均充分显示了组织芯片技术在细胞表型分析中的极大应用潜力［13］。
４.2.2 基因表达分析 运用组织芯片进行基因表达分析，可以寻找疾病基因。Kononen等［6］用645例乳腺癌组织芯片同时进行p53、雌激素受体（ER）、myc、erbB2、CCDN1、MYBL2等6种基因的检测，发现新鲜和石蜡包埋的组织标本检测结果无差异。为了便于对原发性、复发性、转移性前列腺癌分子变化进行高通量分析，Bubendorf等［１４］用荧光原位杂交（FISH）分析含371例前列腺组织芯片的连续切片并进行5种基因表达分析，在激素耐受性转移瘤中，雄激素受体（AR）基因表达率为22%，myc为11%，CyclinD1为5%。在局部复发性肿瘤标本中，相应的百分比为234%、40%和80%；erbB2和Nmyc在进展期前列腺癌的任何阶段均无表达。Schraml等［１５］报道了17种来源于恶性肿瘤的组织芯片，含397个肿瘤组织，用原位杂交（ISH）分析发现，乳腺癌、肺癌、头颈部及膀胱来源肿瘤和黑色素瘤中有CCND1表达，在膀胱、乳腺、结肠、胃、睾丸和肺癌中有erbB2表达,在乳腺、结肠、肾脏、肺、卵巢、膀胱、头颈部和子宫内膜癌中有cmyc表达，这一结果对既往大量结果不同的研究报告作了进一步的证实或更新。石群立等［16］用组织芯片检测乳腺癌相关癌基因产物表达，认为组织芯片用于大样本病理资料回顾性研究很有价值。
43 与基因芯片联合应用 利用基因芯片和组织芯片两项技术可以形成一种基因功能检测系统。基因芯片技术可以研究同一种细胞或组织中成千上万基因变化的情况，组织芯片技术则可以研究同一种基因在成千上万种细胞或组织中表达的情况［６］，两者是相互补充的。利用这一系统，就可以使疾病的分子诊断预后和治疗等相关领域的大规模研究与开发成为可能［１７］。Moch等［１８］应用两种芯片技术研究肾癌细胞系CRL1933的基因表达状况。第一步先采用DNA芯片（含5148个cDNA克隆）研究肾癌细胞系与正常肾组织之间基因表达的差异，筛选出89个差异表达的基因，发现其中一个编码波形蛋白的基因差异最为显著；第二步用波形蛋白单抗作为探针，免疫组化发现其中一个编码波形蛋白的基因差异最为显著；第二步用波形蛋白单抗作为探针，免疫组化方法检测由532个肾癌样本构成的组织芯片，发现波形蛋白常见于透明细胞癌和乳头状细胞癌，少见于嫌色细胞癌和大嗜酸性细胞癌，同时还发现波形蛋白与肾癌的预后不良相关，而与疾病分期和病理分化无关。Bubendorf等［９］在对前列腺癌的抗药机制研究中亦采用两种芯片合并的方法，先根据DNA芯片中的差异表达筛选基因，再用组织芯片技术予以证实。结果发现IGFBP2蛋白在复发性前列腺癌中有100%的表达，原发癌的表达率为36%，而在前列腺增生中无表达，从而使前列腺癌的研究有一个明确的结果。Barlund等［１７］将比较基因组杂交（CGH）、cDNA芯片和组织芯片技术相结合，发现17q23上至少有2个独立区域（S6K和HER2）呈现高水平扩增；同时用668例原发性乳腺癌组织芯片进一步证实了细胞系中的超表达和扩增基因的存在，且其扩增与不良预后相关；S6K与HER2同时扩增与生存期短相关。以上研究结果充分说明，两种或多种技术的合作应用可发现许多新的基因，揭示其未知的生物功能，并进一步在大宗样本中证实这种功能，从而构成完整的基因检测体系，可快速、大量地获取疾病发生、发展及其生物学特性的重要信息，这样将显著加速基础研究发现向临床应用转变的进程。
44 测试生物试剂 生产出的抗体和探针需要做特异性和敏感性测试。这种测试需要对大量不同来源的组织，阴性和阳性对照组织进行检查。如果采用组织芯片测试，一张组织芯片依次实验即可完成。因此，其优点显而易见。张彦宁等［２３］以CK20为例作了专门研究，结果满意。Pan等［２１］利用肝脏肿瘤组织芯片对多种用于免疫分析的商业抗体比较筛选，找出自己满意的抗体。
45 在HLA分型中的应用 HLA分型在器官移植，尤其是骨髓移植中占有重要地位，现代研究证明HLA与很多临床疾病有密切关系。现在临床实验在HLA分型方面多采用血清学方法，其缺点为成本高，费时，精度不够，而组织芯片可完全弥补上述不足。其在临床上的广泛应用必将极大地推动骨髓库的建立、移植配型的进步。在生物芯片上同时固定所有已知HLA的等位基因，然后用于研究所感兴趣的疾病与HLA的关系，因其本身具有快速、可并行处理等优点，可以方便、快捷地在此领域获得一些发现［１３］。
46 质量控制及标准化 20世纪90年代初在丹麦已开始采用多组织芯片进行免疫组化染色的质量控制和标准化。这种工作每年进行2次。每次由一个单位负责将多组织作成很多连续切片，讨论和评估结果。如果某单位存在技术或抗体问题，通过这样的活动就能及时发现并加以纠正。
47 其它 分别由正常组织和病理组织制成的组织芯片，可用于组织胚胎学和病理学教学，可用于对年轻病理医生和进修医生教学和病理诊断水平测试。各种组织芯片，如正常组织芯片、各种类型的肿瘤组织芯片、同一系统的不同肿瘤组织芯片、少见肿瘤组织芯片、疑难病例组织芯片、非肿瘤组织芯片（各种炎症组织芯片和寄生虫组织芯片等）根据需要可制成缩微组织学和病理学图谱。
5 组织芯片的局限性
组织芯片有许多优点，如可以节约大量试剂和实验材料，一次实验可获取大量生物信息，可大大缩短研究时间等［２２］。但组织芯片技术也存在一些问题，如组织芯片的来源尤其是少见或罕见的组织标本的收集十分困难，组织固定和处理时间的不同也会影响组织芯片的质量，组织取材的大小对某一病变组织的代表性是芯片设计中经常遇到的问题，尤其是对有明显异质性的肿瘤常常会导致诊断结果的差异；无效组织、组织片脱落及对供体石蜡块的破坏等均是不利因素。组织芯片的制作与传统病理学方法相似，仍然以手工制作为主，从而大大限制了生产数量。自动化制备技术的应用会给组织芯片的生产产生较大影响，但至今问题还没有解决；组织芯片虽然解决了很多问题，但结果的判读和分析仍然是一项较为复杂的任务，所以，自动阅读分析系统的建立对这一技术尤显重要。
6 总结与展望
组织芯片技术使人类可以利用数以千计的组织标本同时研究某一个特定基因和基因所表达的相应产物，对于疾病的分子诊断、预后指标的筛选、治疗靶点的定位及治疗效果的预测等方面均有重大使用价值，取材少，获取信息量大，最大限度地减少了系统误差。因此，组织芯片是一种非常有价值的工具。可以相信，随着其应用领域的不断拓展，组织芯片必将开辟更加广阔的美好前景。
参 考 文 献
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