熒光原位雜交技術的現狀與未來

王水兵 李想

【摘 要】 熒光原位雜交技術是近30多年不斷發展起來的一種改變細胞遺傳學研究方式的技術，它基于堿基互補配對原則，使用被熒光素標記的DNA探針與樣本細胞核內的DNA靶序列雜交，從而獲得細胞核內染色體或基因狀態信息。未來的FISH技術也將結合“芯片實驗室”微流控芯片技術與自動化FISH檢測設備，將極大地拓展熒光原位雜交技術的應用。本文主要討論了FISH技術的技術特點進行總結，以及綜述了近年來的主要技術進展和應用情況。

【關鍵詞】 熒光原位雜交技術 現狀 應用前景

一、熒光原位雜交技術及標記物的選擇

在FISH技術未成熟之前，放射性核素探針被常用于檢測染色體DNA基因是否發生突變，由于放射性核素探針法操作復雜、探針不穩定、且涉及放射性同位素，同位素標記法一直沒有得到有效的進展。隨后FISH技術日益成熟，也廣泛用于醫學細胞診斷中，相對于前者來說，FISH具有穩定性好、操作安全、結果迅速、空間定位準確、干擾信號少，通過一張玻片可以標記多種顏色探針等優點。

在FISH技術中，熒光標記物作為一個重要的載體在醫學診斷、藥物篩選等領域有著廣泛的應用。人們利用熒光標記的多肽來檢測目標蛋白的活性，并將其發展的活性篩選方法應用于疾病治療靶點蛋白的藥物篩選。在科研和臨床試驗中，熒光染料基本涉及從紫外光、可見光、紅外等整個光譜。由于靈敏度高，操作方便的熒光染料，漸漸取代了放射性同位素作為標記物，廣泛應用于熒光免疫、探針以及細胞染色等。

例如，我們常見的核酸染料，可作為背景對照，諸如我們常見的DAPI就是一種能夠與DNA強力結合的熒光染料。熒光探針標記物有熒光染料、生物素、稀土金屬等類別。其中，生物素與其他熒光標記物相比，具有安全可靠、價格低廉等優點。

二、熒光標記技術與方法

熒光探針標記物技術有缺口平移標記法、PCR標記法、DNA纖維技術等多種方法。采取的技術有多元熒光原位雜交技術、比較基因組雜交技術等技術。

例如，缺口平移標記法是一種最常用的標記雙鏈DNA探針的方法，通過用DNA聚合酶的活性將三磷酸脫氧核糖核苷與新合成的DNA鏈相結合中，從而得到DNA探針。對于熒光標記技術，發展已經較為完善，比較基因組雜交技術通過單次雜交實驗就可以對某一腫瘤細胞乃至整個基因組的染色體的變化進行診斷，其基本原理是用不同的熒光染料通過缺口平移法分別標記腫瘤組織和正常細胞或組織的DNA，得到探針，并與正常人細胞染色體進行雜交，在染色體上熒光強度的不同來反映DNA表達狀況的變化，借助于熒光顯微鏡就可對染色體復制數量的變化進行定量研究診斷。

三、應用于熒光原位雜交的技術

（一）微流控芯片技術

微流控技術是在微納尺度進行加工，把生化領域中的樣品制備、分離、混合、反應及檢測等基本操作單元集成到一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成常規生化實驗中各種功能的一種技術平臺。 微流控芯片是在基底材料上構建微型管道、泵、閥、反應池和連接器等功能器件，把常規生化實驗的采樣、稀釋、混合、分離、反應和檢測等功能進行集成，具有集成化、微型化和便攜化等優點。將微流控技術應用到FISH檢測能夠降低檢測過程實現自動化的難度，提高相應檢測設備的集成度。

（二）嵌入式自動平臺技術

結合嵌入式自動平臺，可以通過溫度控制模塊、驅動電機模塊等電子自動化設計，嵌入式系統相關技術實現對FISH檢測過程中的雜交染色的溫度、樣品進樣、洗滌、干燥進行控制。溫度傳感器檢測芯片夾具的溫度，通過場效應管控制陶瓷加熱片的加熱功率。在硬件基礎上，需要借助合適的自動控制算法才能夠實現高效、穩定的溫度控制。

（三）顯微鏡成像原理技術

熒光光學顯微鏡已經成為醫學和生物學領域研究的基本工具，是細胞學和細胞生物學得以建立和發展的重要基礎。，基于熒光成像技術的熒光顯微鏡由于其較高的空間、時間分辨率，對生物樣本的損傷小以及能夠對特定目標進行標記成像等特點，在分子生物學、細胞動態生理特性及生物組織研究中，已經成為重要的成像工具。

四、總結及未來展望

FISH技術用于診斷細胞是否發生了基因或染色體發生擴增、缺失、融合或斷裂，能全面判斷患者某種染色體異常比例。由于采用的是特定的探針，使實驗結果判斷準確率提升，根據熒光的顏色信號就能得出診斷，比染色體分析獲得的結果更加可靠、更加迅速。但FISH技術因其操作過程繁瑣，對儀器設備要求較高、人工鏡檢勞動強度大嚴重影響了效率，未來的方向將基于微流控芯片技術，結合人工智能、嵌入式技術設計搭建自動實驗裝置，對芯片上的樣本進行控制，直接進行樣本處理實驗和FISH染色實驗。FISH因為尤其廣闊的應用前景，在不久的將來，具有先進技術應用的它將更大地造福人類。

【參考文獻】

[1] 何世斌， 柴連琴， 譚珺雋， et al. 熒光原位雜交技術的研究進展[J]. 植物科學學報， 2014， 32（2）：199-204.

[2] 董玉瑋. 熒光原位雜交技術研究現狀[J]. 科技資訊， 2008（32）：12-14.

[3] Amiel A ， Elis A ， Manor Y ， et al. Fluorescent in Situ Hybridization （FISH） for the Detection of Trisomy 8 in Acute Myeloblastic Leukemia[J]. Leukemia & Lymphoma， 1996， 23（5-6）：5.

作者簡介：王水兵（1965-），男，漢族，湖北武漢市，武漢紡織大學電子與電氣工程學院工程中心，研究方向：醫療設備開發