Иммунофлуоресценция

Иммунофлуоресценция (ИФ) — это метод, основанный на световой микроскопии , который позволяет обнаруживать и локализовать широкий спектр целевых биомолекул внутри клетки или ткани на количественном уровне. Этот метод использует специфичность связывания антител и антигенов . [1] Специфическая область, которую антитело распознает на антигене, называется эпитопом . Несколько антител могут распознавать один и тот же эпитоп, но различаются по аффинности связывания. Антитело с более высоким сродством к определенному эпитопу будет превосходить антитела с более низким сродством к тому же эпитопу. [2] [3]
При конъюгировании антитела с флуорофором положение целевой биомолекулы визуализируется путем возбуждения флуорофора и измерения излучения света определенной заданной длины волны с помощью флуоресцентного микроскопа . Крайне важно, чтобы связывание флуорофора с самим антителом не мешало иммунологической специфичности антитела или способности связывания его антигена. [4] [5]
Иммунофлуоресценция является широко используемым примером иммуноокрашивания (с использованием антител для окрашивания белков) и конкретным примером иммуногистохимии (использование связи антитело-антиген в тканях). В этом методе в основном используются флуорофоры для визуализации местоположения антител, в то время как другие провоцируют изменение цвета среды, содержащей интересующий антиген, или используют радиоактивную метку. Иммунофлуоресцентные методы, в которых использовались меченые антитела, были концептуализированы в 1940-х годах Альбертом Х. Кунсом . [2] [6] [7]

Иммунофлуоресценция используется в фундаментальных научных исследованиях и клинических диагностических усилиях, демонстрируя ее многогранное применение на различных субстратах, включая срезы тканей, культивируемые клеточные линии или отдельные клетки. Его использование включает анализ распределения белков , гликанов , небольших биологических и небиологических молекул, а также визуализацию таких структур, как нити среднего размера. [8]
Если топология клеточной мембраны не определена, вставку эпитопа в белки можно использовать в сочетании с иммунофлуоресценцией для определения структур внутри клеточной мембраны. [9] Иммунофлуоресценция (ИФ) также может использоваться как «полуколичественный» метод для получения информации об уровнях и закономерностях локализации метилирования ДНК. Кроме того, IF можно использовать в сочетании с другими методами флуоресцентного окрашивания, не использующими антитела, например, с использованием DAPI для мечения ДНК . [10] [11]
Исследование иммунофлуоресцентных образцов может проводиться с использованием различных конфигураций микроскопа, включая эпифлуоресцентный микроскоп , конфокальный микроскоп и широкопольный микроскоп. [12]
Типы
[ редактировать ]
Подготовка флуоресценции
[ редактировать ]Для проведения иммунофлуоресцентного окрашивания флуорофор должен быть конъюгирован («помечен») с антителом. Процедуры окрашивания можно применять как к сохранившимся внутриклеточным экспрессирующимся антителам, так и к антигенам клеточной поверхности живых клеток. Существует два основных класса методов иммунофлуоресценции: первичные (прямые) и вторичные (непрямые). [1] [2] Следующие описания будут сосредоточены главным образом на этих классах с точки зрения конъюгированных антител. [12]
Первичный (прямой)
[ редактировать ]
Первичная (прямая) иммунофлуоресценция (ПИФ) использует одно антитело, конъюгированное с флуорофором . Антитело распознает молекулу-мишень (антиген) и связывается с определенной областью, называемой эпитопом . Прикрепленный флуорофор можно обнаружить с помощью флуоресцентной микроскопии, которая, в зависимости от типа флуорофора, после возбуждения излучает свет определенной длины волны. [1] [14]
Прямое присоединение флуорофора к антителу сокращает количество этапов процедуры подготовки проб, экономя время и уменьшая неспецифический фоновый сигнал во время анализа. [12] Это также ограничивает возможность перекрестной реактивности антител и возможные ошибки на протяжении всего процесса. Одним из недостатков DIF является ограниченное количество антител, которые могут связываться с антигеном. Это ограничение может снизить чувствительность к методу. Когда целевой белок доступен только в небольших концентрациях, лучшим подходом будет вторичный IF, который считается более чувствительным, чем DIF. [2] [12] по сравнению с вторичной (непрямой) иммунофлуоресценцией. [1]

Вторичный (косвенный)
[ редактировать ]Вторичная (непрямая) иммунофлуоресценция (SIF) аналогична прямой иммунофлуоресценции, однако в этом методе используются два типа антител, тогда как только одно из них имеет конъюгированный флуорофор. Антитело с конъюгированным флуорофором называют вторичным антителом, а неконъюгированное — первичным антителом. [1]
Принцип этого метода заключается в том, что первичное антитело специфически связывается с эпитопом целевой молекулы, тогда как вторичное антитело с конъюгированным флуорофором распознает первичное антитело и связывается с ним. [1]
Этот метод считается более чувствительным, чем первичная иммунофлуоресценция, поскольку несколько вторичных антител могут связываться с одним и тем же первичным антителом. Увеличение количества молекул флуорофора на антиген увеличивает количество излучаемого света и, таким образом, усиливает сигнал. [1] Существуют различные методы достижения более высокого соотношения флуорофор-антиген, такие как комплекс авидин-биотин (метод ABC) и меченый стрептавидин-биотин (метод LSAB). [15] [16]
Ограничения
[ редактировать ]
Иммунофлуоресценция ограничивается только фиксированными (т.е. мертвыми) клетками при изучении структур внутри клетки, поскольку антитела обычно не проникают через неповрежденные клеточные или субклеточные мембраны в живых клетках, поскольку они представляют собой крупные белки. Чтобы визуализировать эти структуры, антигенный материал должен прочно зафиксироваться в его естественной локализации внутри клетки. [17] Для изучения структур внутри живых клеток в сочетании с флуоресценцией можно использовать рекомбинантные белки, содержащие домены флуоресцентных белков, например, зеленый флуоресцентный белок (GFP). GFP-методика предполагает изменение генетической информации клеток. [18] [19]
Серьезной проблемой иммунофлуоресценции является фотообесцвечивание . [12] флуорофоры постоянно теряют способность излучать свет. [1] Чтобы снизить риск фотообесцвечивания, можно использовать разные стратегии. Путем уменьшения или ограничения интенсивности или продолжительности воздействия света цикл поглощения-излучения флуоресцентного света уменьшается, тем самым сохраняя функциональность флуорофоров. Можно также увеличить концентрацию флуорофоров или выбрать более надежные флуорофоры, устойчивые к фотообесцвечиванию, такие как Alexa Fluors , Seta Fluors или DyLight Fluors . [2]

Другие проблемы, которые могут возникнуть при использовании методов иммунофлуоресценции, включают аутофлуоресценцию , спектральное перекрытие и неспецифическое окрашивание. [1] [2] Автофлуоресценция включает естественную флуоресценцию, излучаемую тканью образца или самой клеткой. Спектральное перекрытие происходит, когда флуорофор имеет широкий спектр излучения, который перекрывается со спектром другого флуорофора, что приводит к возникновению ложных сигналов. Неспецифическое окрашивание происходит, когда антитело, содержащее флуорофор, связывается с нежелательными белками из-за достаточного сходства эпитопа. Это может привести к ложным срабатываниям. [2] [4] [1]
Авансы
[ редактировать ]Основные усовершенствования иммунофлуоресценции связаны с разработкой флуорофоров и флуоресцентных микроскопов. Флуорофоры можно структурно модифицировать для улучшения яркости и фотостабильности, сохраняя при этом спектральные свойства и клеточную проницаемость. [20]

Методы флуоресцентной микроскопии со сверхвысоким разрешением могут создавать изображения с более высоким разрешением, чем те микроскопы, которые накладываются на дифракционный предел . Это позволяет определять структурные детали внутри клетки. [21] Более конкретно, сверхразрешение флуоресценции означает способность микроскопа предотвращать одновременную флуоресценцию соседних спектрально идентичных флуорофоров (спектральное перекрытие). Некоторые из недавно разработанных методов флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения включают микроскопию с истощением стимулированного излучения ( STED ), микроскопию с насыщенным структурированным освещением (SSIM), флуоресцентную микроскопию с локализацией фотоактивации (F PALM ) и микроскопию стохастической оптической реконструкции (STORM). [22]
Известные люди
[ редактировать ]- Альберт Хьюитт Кунс (1912–1978), врач , патологоанатом и иммунолог .
- Корнелия Митчелл Даунс (1892–1987), микробиолог и журналист.
См. также
[ редактировать ]- Антитела
- Кожные заболевания с данными иммунофлуоресценции
- флуоресценция
- Иммунохимия
- Иммуногистохимия
- Исправление и ограничение
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Оделл И.Д., Кук Д. (1 января 2013 г.). «Методы иммунофлуоресценции» . Журнал исследовательской дерматологии . 133 (1): e4. дои : 10.1038/jid.2012.455 . ПМИД 23299451 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Джоши С., Ю. Д. (2017), «Иммунофлуоресценция» , «Фундаментальные научные методы для клинических исследователей» , Elsevier, стр. 135–150, doi : 10.1016/b978-0-12-803077-6.00008-4 , ISBN 978-0-12-803077-6 , получено 14 февраля 2024 г.
- ^ Ладнер RC (01 января 2007 г.). «Картирование эпитопов антител». Обзоры биотехнологий и генной инженерии . 24 (1): 1–30. CiteSeerX 10.1.1.536.6172 . дои : 10.1080/02648725.2007.10648092 . ПМИД 18059626 . S2CID 34595289 .
- ^ Jump up to: а б Маркс К.М., Нолан Г.П. (август 2006 г.). «Стратегии химической маркировки для клеточной биологии» . Природные методы . 3 (8): 591–596. дои : 10.1038/nmeth906 . ISSN 1548-7091 . ПМИД 16862131 . S2CID 27848267 .
- ^ Оуниус Р., Остерлунд М., Линдгрен М., Свенссон М., Олсен О.Г., Перссон Э., Фрескгорд П.О., Карлссон У. (октябрь 1999 г.). «Свойства спиновых и флуоресцентных меток на границе рецептор-лиганд» . Биофизический журнал . 77 (4): 2237–2250. Бибкод : 1999BpJ....77.2237O . дои : 10.1016/S0006-3495(99)77064-5 . ПМК 1300504 . ПМИД 10512843 .
- ^ Хёкфельт Т. (ноябрь 1999 г.). «Нейробиология благодаря микробиологии: наследие Альберта Х. Кунса (1912–1978)» . Бюллетень исследований мозга . 50 (5–6): 371–372. дои : 10.1016/S0361-9230(99)00109-4 . ПМИД 10643440 . S2CID 33618171 .
- ^ Шэн В., Чжан С., Мохиуддин Т.М., Аль-Раве М., Зепперник Ф., Фальконе Ф.Х., Мейнхольд-Хирляйн И., Хуссейн А.Ф. (04 февраля 2023 г.). «Мультиплексная иммунофлуоресценция: мощный инструмент иммунотерапии рака» . Международный журнал молекулярных наук . 24 (4): 3086. doi : 10.3390/ijms24043086 . ISSN 1422-0067 . ПМЦ 9959383 . ПМИД 36834500 .
- ^ Франке В.В., Шмид Э., Осборн М., Вебер К. (октябрь 1978 г.). «Различные нити среднего размера, выявленные с помощью иммунофлуоресцентной микроскопии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 75 (10): 5034–5038. Бибкод : 1978PNAS...75.5034F . дои : 10.1073/pnas.75.10.5034 . ПМК 336257 . ПМИД 368806 .
- ^ Ван Х, Ли Э.В., Цай Икс, Ни З, Чжоу Л, Мао Ц (декабрь 2008 г.). «Топология мембраны белка устойчивости к раку молочной железы человека (BCRP/ABCG2), определенная с помощью вставки эпитопа и иммунофлуоресценции» . Биохимия . 47 (52): 13778–13787. дои : 10.1021/bi801644v . ПМК 2649121 . ПМИД 19063604 .
- ^ Челик С. (январь 2015 г.). «Понимание сложности поиска антигена метилирования ДНК для измерения на основе иммунофлуоресценции и подхода к проблеме» . Журнал иммунологических методов . 416 : 1–16. дои : 10.1016/j.jim.2014.11.011 . ПМИД 25435341 .
- ^ Гримасон А., Смит Х., Паркер Дж., Бухари З., Кэмпбелл А., Робертсон Л. (март 1994 г.). «Применение DAPI и иммунофлуоресценции для улучшенной идентификации ооцист Cryptosporidium spp в пробах воды» . Исследования воды . 28 (3): 733–736. Бибкод : 1994WatRe..28..733G . дои : 10.1016/0043-1354(94)90154-6 .
- ^ Jump up to: а б с д и Пинья Р., Сантос-Диас А.И., Орта-Саласар Е., Агилар-Васкес А.Р., Мантельеро К.А., Акоста-Галеана I, Эстрада-Мондрагон А., Приор-Гонсалес М., Мартинес-Крус Дж.И., Росас-Арельяно А (2022-01- 26). «Десять подходов, улучшающих иммуноокрашивание: обзор последних достижений в оптимизации иммунофлуоресценции» . Международный журнал молекулярных наук . 23 (3): 1426. doi : 10.3390/ijms23031426 . ISSN 1422-0067 . ПМЦ 8836139 . ПМИД 35163349 .
- ^ Аль-Мугхалес Дж.А. (2022). «Характеристики антиядерных антител у больных системной красной волчанкой и их корреляция с другими диагностическими иммунологическими показателями» . Фронт Иммунол . 13 : 850759. дои : 10.3389/fimmu.2022.850759 . ПМЦ 8964090 . ПМИД 35359932 .
Небольшие правки Микаэль Хэггстрем, доктор медицинских наук
- Международная лицензия Attribution 4.0 (CC BY 4.0) - ^ «Методы иммуногистохимического окрашивания» (PDF) . Руководство IHC (Шестое изд.). Dako Дания A/S, компания Agilent Technologies. 2013. Архивировано из оригинала (PDF) 3 августа 2016 г. Проверено 14 мая 2014 г.
- ^ Им К., Маренинов С., Диас М.Ф., Йонг WH (2019), Йонг WH (ред.), «Введение в выполнение иммунофлуоресцентного окрашивания», Biobanking , vol. 1897, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York, стр. 299–311, doi : 10.1007/978-1-4939-8935-5_26 , ISBN. 978-1-4939-8933-1 , PMC 6918834 , PMID 30539454
- ^ Ярилин Д., Сюй К., Туркекул М., Фан Н., Ромин Ю., Фиджисава С., Барлас А., Манова-Тодорова К. (31 марта 2015 г.). «Машинный метод мультиплексной молекулярной характеристики тканей in situ методом иммунофлуоресценции» . Научные отчеты . 5 (1): 9534. Бибкод : 2015NatSR...5E9534Y . дои : 10.1038/srep09534 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 4821037 . ПМИД 25826597 .
- ^ «Фиксация и пермеабилизация в [sic] иммуноцитохимии/иммунофлуоресценции (ICC/IF)» . Новус Биологикс . 14 февраля 2024 г. Проверено 14 февраля 2024 г.
- ^ Эрхардт Д. (декабрь 2003 г.). «Технология GFP для визуализации живых клеток» . Современное мнение в области биологии растений . 6 (6): 622–628. Бибкод : 2003COPB....6..622E . дои : 10.1016/j.pbi.2003.09.014 . ПМИД 14611963 .
- ^ Чалфи М. (октябрь 1995 г.). «Зеленый флуоресцентный белок». Фотохимия и фотобиология . 62 (4): 651–656. дои : 10.1111/j.1751-1097.1995.tb08712.x . ПМИД 7480149 . S2CID 3944607 .
- ^ Гримм Дж.Б., Инглиш Б.П., Чен Дж., Слотер Дж.П., Чжан З., Ревякин А., Патель Р., Маклин Дж.Дж., Норманно Д., Сингер Р.Х., Лайоннет Т., Лавис Л.Д. (март 2015 г.). «Общий метод улучшения флуорофоров для микроскопии живых клеток и одиночных молекул» . Природные методы . 12 (3): 244–250. дои : 10.1038/nmeth.3256 . ISSN 1548-7091 . ПМЦ 4344395 . ПМИД 25599551 .
- ^ Хуан Б., Бейтс М., Чжуан Икс (2 июня 2009 г.). «Флуоресцентная микроскопия сверхвысокого разрешения» . Ежегодный обзор биохимии . 78 : 993–1016. doi : 10.1146/annurev.biochem.77.061906.092014 . ПМЦ 2835776 . ПМИД 19489737 .
- ^ Люн Бо, Чжоу К.С. (01 сентября 2011 г.). «Обзор флуоресцентной микроскопии сверхразрешения для биологии» . Прикладная спектроскопия . 65 (9): 967–980. Бибкод : 2011ApSpe..65..967L . дои : 10.1366/11-06398 . ПМИД 21929850 . S2CID 5545465 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Изображения, связанные с аутоиммунными заболеваниями. Архивировано 25 сентября 2009 г. в Wayback Machine в Университете Бирмингема.
- Обзор колледжа Дэвидсона
- Иммунофлуоресценция в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)