免疫荧光介绍.pdf
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1、免疫荧光介绍免疫荧光介绍免疫荧光技术(Immunofluorescence technique)又称荧光抗体技术,是标记免疫技术中发展最早的一种。它是在免疫学、生物化学和显微镜技术的基础上建立起来的一项技术。很早以来就有一些学者试图将抗体分子与一些示踪物质结合,利用抗原抗体反应进行组织或细胞内抗原物质的定位。它是根据抗原抗体反应的原理,先将已知的抗原或抗体标记上荧光基团,再用这种荧光抗体(或抗原)作为探针检查细胞或组织内的相应抗原(或抗体)。利用荧光显微镜可以看见荧光所在的细胞或组织,从而确定抗原或抗体的性质和定位。一、基本原理及特点:一、基本原理及特点:免疫荧光技术是根据抗原抗体反应的原理,
2、先将已知的抗原或抗体标记上荧光素,制成荧光抗体,再用这种荧光抗体(或抗原)作为探针检测组织或细胞内的相应抗原(或抗体)。在组织或细胞内形成的抗原抗体复合物上含有标记的荧光素,利用荧光显微镜观察标本,荧光素受外来激发光的照射而发生明亮的荧光(黄绿色或橘红色),可以看见荧光所在的组织细胞,从而确定抗原或抗体的性质、定位,以及利用定量技术测定含量。该技术的主要特点是:特异性强、敏感性高、速度快。主要缺点是:非特异性染色问题尚未完全解决,结果判定的客观性不足,技术程序也还比较复杂。荧光免疫法按反应体系及定量方法不同,还可进一步分做若干种。与放射免疫法相比,荧光免疫法无放射性污染,并且大多操作简便,便于
3、推广。国外生产的TDM 用试剂盒,有相当一部分即属于此类,并且还有专供TDM 荧光偏振免疫分析用的自动分析仪生产。由于一般荧光测定中的本底较高等问题,荧光免疫技术用于定量测定有一定困难。新发展了几种特殊的荧光免疫测定,与酶免疫测定和放射免疫分析一样,在临床检验中应用。免疫荧光实验的主要步骤包括细胞片制备、固定及通透(或称为透化)、封闭、抗体孵育及荧光检测等。细胞片制备(通俗的说法是细胞爬片)是免疫荧光实验的第一步,细胞片的质量对实验的成败至关重要,原因很简单,如果发生细胞掉片,一切都无从谈起。这一步关键的是玻片(Slides or Coverslips)的处理以及细胞的活力,有人根据成功经验总
4、结出许多有益的细节或小窍门,非常值得借鉴。固定和通透步骤最重要的是根据所研究抗原的性质选择适当的固定方法,合适的固定剂和固定程序对于获得好的实验结果是非常重要的。免疫荧光中的封闭和抗体孵育与其它方法(如 ELISA 或 Western Blot)中的相同步骤是类似的,最重要的区别在于免疫荧光实验中要用到荧光抗体,因此必须谨记避光操作,此外抗体浓度的选择可能更加关键。最后需要注意的是,标记好荧光的细胞片应尽早观察,或者用封片剂封片后在 4或-20避光保存,以免因标记蛋白解离或荧光减弱而影响实验结果。由于操作步骤比较多,同时在分析结果时无法像 WB 那样可以根据分子量的大小区分非特异性识别,所以要
5、得到一个完美的免疫荧光实验结果,除了需要高质量的抗体,以及对实验条件进行反复优化外,还必须设立严谨的实验对照。总之,免疫荧光实验从细胞样品处理、固定、封闭、抗体孵育到最后的封片及观察拍照,每步都非常关键,需要严格控制实验流程中每个步骤的质量,才能最终达到你的实验目的。二二.荧光色素介绍:荧光色素介绍:许多物质都可产生荧光现象,但并非都可用作荧光色素。只有那些能产生明显的荧光并能作为染料使用的有机化合物才能称为免疫荧光色素或荧光染料。常用的荧光色素有:(一)荧光色素1 异硫氰酸荧光素(fluoresceinisothiocyanate,FITC)为黄色或橙黄色结晶粉末,易溶于水或酒精等溶剂。分子
6、量为 389.4,最大吸收光波长为 490495nm,最大发射光波长 520530nm,呈现明亮的黄绿色荧光,结构式如下:有两种同分异结构,其中异构体型在效率、稳定性、与蛋白质结合能力等方面都更好,在冷暗干燥处可保存多年,是应用最广泛的荧光素。其主要优点是:人眼对黄绿色较为敏感,通常切片标本中的绿色荧光少于红色。2 四乙基罗丹明(rhodamine,RIB200)为橘红色粉末,不溶于水,易溶于酒精和丙酮。性质稳定,可长期保存。结构式如下:最大吸收光波长为 570nm,最大发射光波长为 595600nm,呈橘红色荧光。3四甲基异硫氰酸罗丹明(tetramethylrhodamineisothio
7、cyanate,TRITC)结构式如下:最大吸引光波长为 550nm,最大发射光波长为 620nm,呈橙红色荧光。与 FITC 的翠绿色荧光对比鲜明,可配合用于双重标记或对比染色。其异硫氰基可与蛋白质结合,但荧光效率较低。(二)其他荧光物质1 酶作用后产生荧光的物质某些化合物本身无荧光效应,一旦经酶作用便形成具有强荧光的物质。例如 4-甲基伞酮-D 半乳糖苷受-半乳糖苷酶的作用分解成 4-甲基伞酮,后者可发出荧光,激发光波长为 360nm,发射光波长为 450nm。其他如碱性酸酶的底物 4-甲基伞酮磷酸盐和辣根过氧化物酶的底物对羟基苯乙酸等。2镧系螯合物某些3 价稀土镧系元素如铕(Eu3+)、
8、铽(Tb3+)、铈(Ce3+)等的螯合物经激发后也可发射特征性的荧光,其中以 Eu3+应用最广。Eu3+螯合物的激发光波长范围宽,发射光波长范围窄,荧光衰变时间长,最适合用于分辨荧光免疫测定。所需要的仪器:荧光显微镜、显微荧光分光光度计、流式细胞仪和时间分辨荧光计等仪器 激光共聚焦显微镜荧光偏振免疫分析用偏振光激发标记物,利用结合竞争免疫原理,可以快速检测激素种瘤标志物、维生素和多种治疗药物浓度。而且用于鉴定的材料也比较多样,可以是培养物、感染组织、分泌排泄物,也可以是土壤、水、杂物等。应用于生物酶含量及活性测定、临床医学检验、食品分析和环境监测、毒品检验。选择荧光素主要考虑以下几点:高消光系
9、数(extinction coefficient)和光子产量(Quantum yield),这意味着光捕获能力强和效率高;光稳定性较好;与常见光源和滤光器匹配性较好;不干扰抗体反映;水溶性以及 pH 稳定性。此外,还需要考虑到是否有毒性以及荧光素的颜色是否与背景颜色反差大对比鲜明等。三三.荧光技术平台介绍荧光技术平台介绍:1.1.时间分辨荧光免疫测定时间分辨荧光免疫测定以常用荧光素作为标记物的荧光免疫测定往往受血清成分、试管、仪器组件等的本底荧光干扰,以及激发光源的杂射光的影响,使灵敏度受到很大限制。时间分辨荧光免疫测定(timeresolvedfluorescenceimmunoassay,
10、TR-FIA)是针对这缺点加以改进的一种新型检测技术。其基本原理是以镧系元素铕(Eu)螯合物作荧光标记物,利用这类荧光物质有长荧光寿命的特点,延长荧光测量时间,待短寿命的自然本底荧光完全衰退后再行测定,所得信号完全为长寿命镧系螯合物的荧光,从而有效地消除非特异性本底荧光的干扰。TR-FIA 的测定原理见图 17-4。以双抗体夹心法为例的测定反应程序见图17-5。其中增强液的作用是使荧光信号增强。因为免疫反应完成后,生成的抗原抗体铕标记物复合物在弱碱性溶液中,经激发后所产生的荧光信号甚弱。在增强液中可至 pH23,铕离子很容易解离出来,并与增强液中的-二酮体生成带有强烈荧光的新的铕螯合物,大大有
11、利于荧光测量。所用检测仪器为时间分辨荧光计,与一般的荧光分光光度计不同,采用脉冲光源(每秒闪烁1000 次的氙灯),照射样品后即短暂熄灭,以电子设备控制延缓时间,待非特异本底荧光衰退后,再测定样品发出的长镧系荧光。检测灵敏度可达0.21ng/ml。2.2.解离增强镧系元素荧光免疫分析解离增强镧系元素荧光免疫分析解离增强镧系元素荧光免疫分析(Dissociation Enhanced Lanthanide FluoroimmunoassayDELFIA)是时间分辨荧光免疫分析中的一种。它用具有双功能基团结构的螯合剂,使其一端与铕(Eu)连接,另一端与抗体/抗原分子上的自由氨基连接,形成 EU 标
12、记的 经过免疫反应之后生成免疫复合物。由于这种复合物在水中的荧光强度非常弱,因此加入一种增强剂,使 Eu3+从复合物上解离下来,自由 Eu3+同增强剂中的另一种螯合剂螯合形成一种胶态分子团,这种分子团在紫外光的激发下能发出很强的荧光,信号增强了百万倍。因为这种分析方法使用了解离增强步骤,因此称为解离增强镧系元素荧光免疫分析。两对半定量测定 乙肝病毒(HBV)标记物的检测方法常用测定乙肝病毒的抗原、抗体标记物,由60 年代末 70 年代初的琼脂扩撒法,依次发展为血凝法酶联免疫吸附(ELISA)、同位素免疫标记(RIA)化学发光免疫分析、生物发光、电化学发光免疫标记和 80 年代中建立的稀土离子荧
13、光标记(时间分辨荧光免疫分析)等不同的检测方法。随着科学的发展和检验技术的进步,其方法每发展一步,乙肝标记物检出的灵敏度和准确性都得到不同的提高(其中RIA为10-12mol/L、ELISA为10-9mol/L、CLIA为10-15mol/L、ECL10为-17/L、TRF 为 10-18mol/L)。其中时间分辨荧光免疫分析(TRF)为近年新研制成功的用三价稀土离子作为示踪物,以单克隆抗体包被支持物与样品中抗原反应,再加入用铕(EU)标记的抗体,进行反应检测,可大大降低一般同位素和荧光标记受环境干扰缺点,提高了检测的灵敏度和准性,该 TRF 法检测乙肝病毒标记物较其他方法灵敏度高、特异性好,
14、因干扰因素少可大地优于以上各种方法,可与 HBV-DNA的检测相比(未经规范化要求开展的HBV-DNA检测,多年的临床实验证明,假阳性、假阴性率较高,重复性差,且不能定量。),TRF 为目前检测乙肝病毒标记物最理想的方法。TRF 定量检测乙肝病毒“两对半”为临床诊断乙肝提供了新手段,有助于临床客观的分析 HBV 感染情况、疗效的观察和转归等情况的分析,至少可对下列情况更具有独特的诊断价值:1治疗前进行病毒定量检测,可以指导选择抗病毒药物,避免盲目用药。2治疗后定量间接判断体内病毒数量,有助于疗效的观察。3.怀孕前进行定量测定,有助于选择有利的怀孕时机。乙肝孕妇进行定量检查,有助于使部分病人得到
15、及时的正确的诊断 时间分辨荧光免疫定量测定乙肝两对半的临床意义 目前我科已正式开展了乙肝二对半的TRFIA 定量分析,其每一项的正常值范围均是由我国卫生部根据美国雅培的标准而制定,其灵敏度,准确度,及精确度都有远远优于一般的 ELISA 法,乙肝两对半的定量制定将给临床提供一个关于乙肝诊断及疗效,预后判断的更可靠的实验结果。1.极大地提高了检测的灵敏度时间分辨荧光免疫定量技术(TRFIA)检测 HbsAg 灵敏度可达 0.2ng/ml,而酶标(EIASA)检测的灵敏度是 2ng/ml,极大地提高检测的灵敏度。因此,在急性乙肝早期能及早检出HbsAg,确证 HBV 感染,缩短窗口期;其次,可发现
16、低浓度HbsAg 携带者;在部分慢性乙肝患者中,由于机体缺乏对HBV 包膜蛋白的免疫应答,HbsAg 表达较低,酶标检测 可出现 HbsAg 和 HbsAb 均阴性的情况,TRF 技术则可避免这些情况的发生,为正确判断病情提供依据。2.能动态观察疗效和监测病情 1)定量分析HBsAg 和 HBsAb 的浓度变化,可预见急性乙肝是否处于恢复期。如HBsAg 浓度降低,HBsAb浓度逐渐升高,可说明病情正往恢复期发展;反之,HBsAg 浓度处于较高水平或上升趋势,而HBsAb 一直处于较低水平,则易发展为慢性乙肝或病毒携带者。2)定量分析 HBeAg 和 HBeAb的浓度变化,可反映病情变化和治疗
17、效果。定量测定能明确检测HBeAg 向 HBeAb 转换的时期,即表现为 HBeAg 浓度下降和 HbeAb 升高的过程。高浓度的 HBeAg 还可间接提示病毒处于高复制状态,具有较高的传染性。高浓度的 HBeAb 一方面提示病情好转,而在某些时候(如肝功能指标很差)则可能与肝坏死、肝硬化、肝癌有关。3)HBcAb 浓度的高低可反映病毒感染的状态。高浓度的抗-Hbc 提示乙肝急性感染,恢复期浓度降低。慢性乙肝呈抗-Hbc 持续高浓度。而低浓度的抗-Hbc 一般为恢复期或既往感染。4)有利于对慢性肝炎活动性或非活动性的判断。非活动性慢性乙肝各项指标相对稳定,活动性往往呈现进行性变化。3.TRFI
18、A 和定量 PCR 技术可互相补充 血清 HBVDNA 荧光定量 PCR 测定可以直接反映血液中病毒复制状态,具有很多临床应用价值,但不能完全反映病毒复制静息期肝细胞内HBV 病毒状态。HBVDNA 阴性并不完全代表体内HBV已被清除,结合“两对半”各项指标更能客观反映体内HBV病毒状态。4.HbsAb的定量测定能够对乙肝的预防起到监督作用HbsAb 的定量测定能够对抗体是否真正具有“中和”HBV 的免疫力作出正确评价,对乙肝的预防起到监督作用。HbsAb 的含量在 10mlU/ml 以上病人 ELISA 检测即可呈阳性结果,但并不提示机体都一定具有免疫力,而HBsAb 的含量在10100ml
19、U/ml 之间的样本,定性虽为“阳性”,但此时机体对 HBV 的免疫力较弱,甚至不能预防 HBV 感染。只有 HbsAb 的含量达到 100mlU/ml 以上时才可确定具有抵抗HBV 入侵的作用。作定量检测,可根据 HBsAb 的含量判断机体对 HBV 的免疫状态及乙肝疫苗的免疫效果。因此定量测定对乙肝疫苗免疫力的评价和高危人群预防免疫具有重要意义,特别是在少年儿童预防乙肝方面。3.3.荧光偏振免疫测定荧光偏振免疫测定荧光偏振免疫分析技术(FPIA),这是一种均相荧光免疫分析法,主要用于测定小分子量物质,如药物浓度测定。原理是:标记在小分子抗原上的荧光素经 485m 的激发偏振光照射后,吸收光
20、能,越入激发状态,激发状态的荧光素不稳定,很快以发出光子的形式释放能量而还原。发射出的光子经过偏振仪形成 525 一 550nm 的偏振光,这一偏振光的强度与荧光素受激发时分子转动的速度呈反比,游离的荧光素标记抗原,分子小,转动速度快,激发后发射的光子散向四面八方,因此通向偏振仪的光信号很弱,而与抗体大分子结合的荧光素标记抗原,因分子大,分子的转动慢,激发后产生的荧光比较集中,因此偏振光信号比未结合时强得多。在测定过程中待测抗原小分子、荧光标记抗原小分子和特异性抗体大分子同时加入到一反应杯中,经过温育,待测抗原和荧光标记抗原竞争性地与抗体结合。待测抗原越少,与抗体竞争结合的量越少,而荧光标记抗
21、原与抗体结合量就越多,当激发光照射时,荧光偏振的程度与荧光标记物分子转动的速度成反比,而荧光标记的小分子抗原与大分子抗体结合后,其分子的转动速度减慢,因此荧光偏振信号强。结果是待测抗原的浓度低,可以通过计算获得其含量。作为一种均相标记免疫分析技术,荧光偏振免疫方法与其它非均相标记免疫方法相比具有显著的优点:1)抗原抗体间的反应和样品分于的测定在溶液中进行进免了固相标记过程中反复多次的洗涤步骤届于实现自动化控制和提高分析方法的精度,FPIA 方法的相对标准偏差(CV 一般可控制在 35之间;2)检测过程仅需样品、示踪剂和抗体的加入和混匀数分钟甚至数秒钟孵育后即可测定荧光偏振光强度方法的测定速度快
22、有利于大批量样品的分析测试;(3)因为荧光偏振不受内滤作用的影响,对于有颜色和浑浊的溶液仍能很好地完成检测任务:(4)不需要使用放射性问位素避免了污物不易处理的难题。4.4.荧光免疫法荧光免疫法原理是应用一对单克隆抗体的夹心法。底物用磷酸-4-甲基伞形酮,检测产物发出的荧光,荧光强度与 Mb 浓度呈正比,可在 8min 内得出结果。结果以 Mb 每小时释放的速率表示(Mb)表示。该法重复性好,线性范围宽,具有快速、敏感、准确的特点。以双抗夹心法为例,首先将特异性抗体与固相载体连接,形成固相抗体。除去未结合抗体,然后加受检标本,使其中的蛋白抗原与固相抗体形成抗原抗体复合物。洗涤除去未结合物,接着
23、加入荧光标记的抗体,使之与抗原特异性结合,形成抗体抗原抗体复合物。最后根据荧光强度,即可对蛋白抗原进行定量。传统的荧光免疫法受本底荧光的干扰较大,时间分辨荧光免疫测定法是以具有特长寿命的稀土金属如铕,作为标记物,加入正常液后激发测定,能有效去除短寿命本底荧光的干扰。5.5.放射免疫法放射免疫法放射免疫法是以过量的未标记抗原与放射性物质标记的抗原,竞争性地与抗体结合,形成有放射性的抗原抗体复合物与无放射性的抗原抗体复合物,并有过剩的标记抗原与未标记的抗原。然后通过离心沉淀等方法,将抗原 抗体复合物与游离抗原分离,分别测定其放射性强度与标准曲线比较,即可对未标记的待测抗原进行定量。RIA 法测定血
24、清蛋白灵敏度高、特异性强,可准确定量到 ngml 水平。但早期的方法操作麻烦,耗时长,且有放射性污染。近年来,随着单克隆抗体的应用,RIA 的灵敏度又有了较大提高,且操作大为简化,并已有商品试剂盒供应,使用方便。免疫荧光层析快速诊断试纸条主要是将特异性的抗原或抗体以条带状包被在NC膜的检测线T 上,荧光标记的抗原或抗体吸附在结合垫上,当待测样品加到试纸条一端的加样垫孔上后,通过毛细作用向前移动,溶解结合垫上的荧光标记的抗原或抗体,再移动至包被的抗原或抗体的检测线处,如果样品中含有相应的抗体或抗原,包被在检测线上的抗原或抗体和荧光标记物与样品中的相应抗体或抗原结合,形成免疫复合物,荧光标记物富集
25、在检测线处形成一条通过激发产生荧光的检测线。如果待检血清中没有相应抗体,荧光标记物将不会与包被在检测线上的抗原或抗体结合,荧光标记物不会富集,检测线上不会出现能产生荧光的检测线。当样品与溶化了的荧光标记物继续往上移动至对照线时,就与包被在对照线处的特异性抗体或抗原结合,在对照线上形成免疫复合物,出现一条通过激发产生荧光的对照线。免疫荧光层析快速诊断技术,由于具有操作简单、速度快、稳定性好、灵敏度高、成本低等优点,已在医学、动植物检疫、食品安全监督各领域得到了日益广泛的应用。目前,医学检验中应用的免疫荧光层析快速检测技术主要有夹心法和竞争法两种方法。这两种方法都是以微孔滤膜为载体,包被已知抗原或
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