Традиционная цитогенетика при изучении кариотипа всегда была ограничена бэндовым уровнем разрешения. Даже при использовании высокоразрешающих методов дифференциального окрашивания хромосом мы всего лишь выявляли большее количество бэндов на хромосоме, но не были уверены, что добираемся до молекулярного уровня разрешения. Последние достижения ДНК-технологий и цитогенетики сделали возможным использование методов FISH для анализа изменений хромосомной ДНК на молекулярном уровне. Молекулярная цитогенетика обеспечила революционный прорыв в цитогенетике, позволив:
Осуществлять анализ структуры ДНК хромосом в диапазоне 10-100 килобаз;
проводить диагностику неделящихся интерфазных клеток, что оказало огромное влияние на пренатальную диагностику и преимплантационную генетическую диагностику (ПГД).
Технология FISH использует ДНК-зонд, который связывается или ренатурирует специфические последовательности ДНК внутри хромосомы. Денатурированный зонд инкубируется с нативной ДНК клетки, также денатурированной до одноцепочечного состояния. Зонд замещает биотин-дезоксиуридинтрифосфат или дигоксигенин-уридинтрифосфат на тимидин. После ренатурации зондом нативной ДНК комплекс «зонд-ДНК» можно обнаружить при добавлении меченного флюорохромом авидина, связывающегося с биотином, или меченного флюорохромом антидигоксигенина. Дополнительное усиление сигнала можно получить, добавив антиавидин и изучив получившийся комплекс с помощью флюоресцентной микроскопии. Пометив несколькими различными флюорохромами разные ДНК-зонды, можно одновременно визуализировать несколько хромосом или хромосомных сегментов внутри одной клетки в виде разноцветных сигналов.
Возможность определения специфических генных сегментов , имеющихся или отсутствующих на хромосомах, позволила диагностировать синдромы генных последовательностей на уровне ДНК, как, впрочем, и транслокации в интерфазных ядрах, зачастую - в отдельных клетках.
Материалом для FISH могут служить или метафазные хромосомы, полученные из делящихся клеток, или интерфазные ядра из клеток, не находящихся в стадии деления. Срезы предварительно обрабатывают РНКазой и протеиназой для удаления РНК, которая может вступать в перекрестную гибридизацию с зондом и хроматином. Затем их нагревают в формамиде, чтобы денатурировать ДНК, и фиксируют ледяным спиртом. Затем зонд подготавливают к гибридизации путем нагревания. После этого зонд и хромосомный препарат смешивают и герметизируют покровным стеклом при 37 °С для гибридизации. Изменяя температуру инкубации или солевой состав раствора для гибридизации, можно повысить специфичность связывания и уменьшить фоновую маркировку.
Применение флюоресцентной гибридизации in situ - технологии FISH
Эффективность технологии FISH впервые была продемонстрирована при локализации генов на . С внедрением метода флюоресцентного мечения, гибридизация in situ оказалась незаменимой для диагностики хромосомных аномалий, не выявляемых традиционными методами бэндинга. FISH также сыграла ключевую роль в совершении одного из самых необычных открытий современной генетики - геномного импринтинга.
Свое развитие технология FISH получила в трех формах. Центромерные, или альфа-сателлитные, зонды характеризуются относительной хромосомной специфичностью, их использовали чаще всего в генетике интерфазных клеток. Эти зонды генерируют в некоторой степени диффузные сигналы адекватной силы в области центромеры, но не вступают в перекрестную гибридизацию с хромосомами, имеющими аналогичные центромерные последовательности. В настоящее время разработаны однокопийные зонды, дающие дискретный сигнал от специфического бэнда хромосомы и позволяющие избежать феномена перекрестной гибридизации. Эти зонды также можно использовать для определения копийности и специфичных регионов хромосомы, предположительно связанных с тем или иным синдромом. Однокопийные и центромерные зонды, разработанные для хромосом 13, 18, 21, X и Y, используют для пренатальной диагностики.
Возможно также «окрашивание» целых хромосом с помощью FISH . Благодаря технологии спектрального кариотипирования, при которой используют смесь различных флюорохромов, теперь стало возможным создание уникального флюоресцентного паттерна для каждой отдельной хромосомы с 24 отдельными цветами. Эта технология позволяет определять сложные хромосомные перестройки, не видимые при использовании традиционных цитогенетических методик.
Метод FISH в пренатальной диагностике. Для женщин старшего репродуктивного возраста беременность может оказаться поводом не столько для радости, сколько для беспокойства. С возрастом женщины связан риск развития хромосомных аномалий плода. Амниоцентез, осуществляемый на 16-й неделе беременности, с последующим анализом кариотипа занимает 10-14 дней. Использование FISH в предварительном обследовании позволяет ускорить диагностику и уменьшить время ожидания. Большинство генетиков и лабораторий придерживаются мнения, что метод FISH не следует использовать изолированно для принятия решения о дальнейшем ведении беременности. Метод FISH обязательно следует дополнять кариотипическим анализом, и его результаты как минимум должны коррелировать с патологической картиной ультразвукового исследования (УЗИ) или биохимического скрининга по крови матери.
Синдромы генных последовательностей известны также под названием синдромов микроделеции, или сегментарной анеусомии. Это делеции смежных фрагментов хромосомы, вовлекающие, как правило, многие гены. Синдромы генных последовательностей были впервые описаны в 1986 г. с использованием классических методик цитогенетики. Теперь, благодаря FISH, возможна идентификация субмикроскопических делеции на уровне ДНК, что позволило выявлять наименьший делецированный регион, связанный с развитием того или иного синдрома, получивший название критического региона. После определения критического региона для синдрома зачастую становится возможным идентифицировать специфические гены, отсутствие которых признают ассоциированным с этим синдромом. В недавно вышедшем руководстве по синдромам генных последовательностей сообщают о 18 синдромах делеции и микроделеции, ассоциированных с 14 хромосомами. Некоторые наиболее часто встречающиеся синдромы генных последовательностей и их клинические проявления приведены в табл. 5-2.
Теломеры - образования, прикрывающие с концов длинные и короткие плечи хромосом. Они состоят из повторяющихся последовательностей TTAGGG и предотвращают слияние концевых участков хромосом между собой. Теломерные зонды играют важную роль в распознавании комплексных транслокаций, которые невозможно определить традиционными цитогенетическими методами. Кроме того, одним из открытий Проекта «Геном человека» был тот факт, что регионы хромосом, прилежащие к теломерам, богаты генами. В настоящее время показано, что субмикроскопические субтеломерные делеции ответственны за возникновение многих генетически обусловленных заболеваний.
Определение HER-2 статуса опухоли методом FISH - исследование предрасположенности к развитию опухоли и подбор своевременного адекватного лечения при раке молочной железы (РМЖ) или раке желудка (РЖ).
HER-2 (HER-2/neu) - human epidermal growth factor receptor-2 - это белок, который может влиять на рост раковых клеток. Он создается специальным геном, который называется ген HER-2/neu. HER-2 является рецептором для определённого фактора роста, который называется человеческим эпидермальным фактором роста, естественным образом существующим у человека. Когда человеческий эпидермальный фактор роста прикрепляется к рецепторам HER-2 на раковых клетках груди, он может стимулировать рост и деление этих клеток. В здоровой ткани HER-2 передаёт сигналы, регулирующие пролиферацию и выживаемость клеток, но гиперэкспрессия HER-2 может обусловить злокачественную трансформацию клеток.
Гиперэкспрессия HER-2 при некоторых подтипах РМЖ ведёт к усилению пролиферации и ангиогенеза, нарушению регуляции апоптоза (генетически запрограммированного самоуничтожения клеток). Показано, что при раке молочной железы гиперэкспрессия этого рецептора в ткани опухоли ассоциирована с более агрессивным течением болезни, повышенным метастатическим потенциалом опухоли и менее благоприятным прогнозом. Открытие связи гиперэкспрессии HER-2 с неблагоприятным прогнозом РМЖ привело к поиску таких подходов к лечению, которые направлены на специфическое блокирование онкогена HER-2/neu (таргетная анти-HER2-терапия).
Рак молочной железы (РМЖ) - злокачественная опухоль железистой ткани молочной железы. РЖМ занимает первое место среди всех злокачественных заболеваний у женщин.
В зависимости от наличия биологических маркёров опухоли - экспрессии гормональных рецепторов (эстрогена и/или прогестерона), экспрессии HER-2 - выделяют гормон-рецептор-положительный, HER-2-положительный и тройной негативный РМЖ.
HER-2/neu-положительные (HER-2+) типы рака молочной железы отличаются высокой экспрессией белка HER-2/neu.
HER=2/neu-негативные (HER-2-) типы рака молочной железы отличаются низкой экспрессией или отсутствием белка HER-2/neu.
Считается, что у одной из пяти женщин с раком груди опухоль является HER-2-положительной. Большинство раковых опухолей молочной железы являются гормонально-зависимыми: эстрогены и прогестерон оказывают на них стимулирующий эффект (пролиферативный и неопластический). При HER-2-положительном раке молочной железы на поверхности опухолевых клеток присутствует избыток HER-2-рецепторов. Данное явление носит название «положительный HER-2-статус» и диагностируется у 15–20% женщин, страдающих РМЖ.
HER-2 - рецептор эпидермального фактора роста человека 2-го типа, который присутствует в тканях и в норме, участвуя в регуляции деления и дифференцировки клеток. Его избыток на поверхности опухолевых клеток (гиперэкспрессия) предопределяет быстрый неконтролируемый рост новообразования, высокий риск метастазирования, низкую эффективность некоторых видов лечения. HER-2-положительный РМЖ является особенно агрессивной формой данного заболевания, поэтому точное определение HER-2-статуса имеет ключевое значение для выбора тактики лечения.
Рак желудка (РЖ) - злокачественная опухоль, происходящая из эпителия слизистой оболочки желудка.
РЖ занимает 4-е место в структуре онкологической заболеваемости и 2-е место в структуре онкологической смертности в мире. Заболеваемость РЖ у мужчин в 2 раза выше, чем у женщин. Россия относится к регионам с высоким уровнем заболеваемости РЖ и смертности от данного заболевания. Диагностика РЖ на ранних стадиях затруднена из-за длительного бессимптомного течения заболевания. Часто РЖ выявляют на поздних стадиях, когда 5-летняя выживаемость не превышает 5–10%, а единственным методом лечения остаётся химиотерапия.
Основным методом лечения РЖ является хирургический. Однако у большинства пациентов на момент постановки диагноза определяется распространённый опухолевый процесс, что делает невозможным выполнение радикальной операции и требует проведения системной лекарственной терапии. Проведение химиотерапии статистически достоверно увеличивает общую выживаемость больных метастатическим РЖ, улучшая качество их жизни.
Онкоген HER-2 (erbB-2) был первоначально идентифицирован в опухолях молочной железы. Амплификация и гиперэкспрессия данного гена является относительно специфическим событием для карцином молочной железы и практически не встречается в опухолях других локализаций. Рак желудка представляется одним из немногих исключений: активация HER-2 отмечается примерно в 10–15% злокачественных новообразований этого органа и коррелирует с агрессивным течением заболевания.
Гиперэкспрессия HER-2 является фактором неблагоприятного прогноза. По данным разных исследований, амплификация гена HER-2 у больных РЖ коррелирует с низкими показателями общей выживаемости.
Для оценки HER-2-статуса при РЖ и РМЖ используют FISH метод.
FISH - исследования позволяет определять качественные и количественные изменения хромосом для диагностики злокачественных заболеваний крови и солидных опухолей.
Сегодня во всём мире широко применяются исследования методом FISH.
Метод FISH (флуоресцентная гибридизация in situ) - изучение числа HER-2/neu-генов внутри раковых клеток.
Показания:
- рак молочной железы - в целях прогноза и подбора терапии;
- рак желудка - в целях прогноза и подбора терапии.
Определяется лечащим врачом.
Необходимы гистологический протокол и иммуногистохимический протокол, стекло ИГХ.
Интерпретация результатов
Результаты FISH-теста выражаются следующим образом:
1. Положительный (повышенное содержание, есть амплификация гена HER-2):
- HER-2-положительный рак молочной железы;
- HER-2-отрицательный рак молочной железы.
Рак молочной железы – опасное заболевание, занимающее по статистике первое место среди раковых недугов у женщин. Риск развития этой болезни повышается у всех женщин старше 40 лет и может быть обусловлен некоторыми другими факторами. К числу наиболее вероятных причин возникновения рака молочной железы относят ожирение, генетическую либо наследственную предрасположенность, раннее начало менструаций и позднее их завершение, гормональную или лучевую терапию.
Кроме того, риск заболеваемости повышен у нерожавших женщин и женщин, уже перенесших рак. У мужчин также может возникнуть рак молочной железы.
Виды и методы диагностики
Первый этап диагностики рака груди заключается в плановом осмотре у врача-маммолога. Женщинам старше 40 лет следует проходить такие осмотры не реже, чем раз в два года. Врач проводит визуальный осмотр, пальпацию и маммографию молочных желез. Визуальными признаками развития заболевания могут являться:
Общая информация
Рентгенография молочной железы (маммография) позволяет определить наличие, размеры и локализацию опухоли. Для повышения точности полученных результатов используется технология введения контрастного вещества. Если опухоль уже обнаружена, то используют метод пневмокистографии – изъятия опухолевой жидкости и введения воздуха в полость. Если наличие опухоли не уточнено, то используют дуктографию – введение контрастного вещества в млечные протоки.
Эти методы позволяют визуализировать наличие образований в тканях молочной железы.
Если на маммографии также становится очевидным наличие опухоли, пациенту дается направление на комплекс диагностических мер:
На УЗИ врач может отличить опухоль от кисты и уточнить локализацию образования. После этого из него берется проба ткани на биопсию. Биопсия позволяет выяснить тип образования: добро- или злокачественное, а также установить, не является ли опухоль гормонозависимой. Эта информация позволяет врачу определиться со стратегией лечения, однако не всегда дает возможность определить стадию. Часто даже при всех необходимых диагностических мероприятиях определить ее удается только после операции.
Механизм гистологических исследований
Биопсия ткани проводится как до, так и после проведения операции. Процедура проводится после уточнения локализации образования.
Биопсией называется сам процесс изъятия фрагмента ткани, а ее изучение называется «гистологическое исследование» или попросту «гистология».
Медицинский работник при помощи специальной иглы забирает небольшое количество ткани из новообразования, или же уже удаленную из тела пациента опухоль отправляют на гистологическое исследование. Затем фрагмент ткани специальным образом окрашивают и обрабатывают для увеличения контрастности и удобства изучения. Срез изучает с помощью микроскопа специалист и дает заключение о качестве опухолевого образования. Многое в этом исследовании зависит от внимательности и квалификации лаборанта, дающего заключение.
Похожее исследование – иммуногистохимия. В целом его тоже можно назвать «гистология», т.к. метод основан на изучении тканей, однако иммуногистохимия является более прогрессивным способом анализа. Ткань при этом исследовании также окрашивают специальными реагентами, которые не только усиливают визуальный контраст, но и особым образом соединяются («метят») с антителами, что позволяет уточнять большее количество характеристик новообразования. Реакция при этом происходит гораздо быстрее, что позволяет оперативно получать результаты анализа.
Иммуногистохимия позволяет не только уточнить тип новообразования, но и спланировать стратегию лечения пациента на основе выявления чувствительности опухолевой ткани к различным видам терапевтического воздействия. Кроме того, проведение этого исследования максимально автоматизировано, что позволяет до минимума снизить вероятность диагностической ошибки по причине человеческого фактора.
Существуют также современные меры диагностики, позволяющие выявить наличие опухоли в организме: это спектральный анализ крови, иммунологический (биохимический) анализ, FISH-тест опухолевой ткани. Генетический анализ крови позволяет любой женщине удостовериться в наличии или отсутствии у себя предпосылок к возникновению рака груди. КТ и МРТ позволяют максимально точно определить локализацию опухоли и проследить динамику ее развития, оценить структуру новообразования.
Как выявить рак по анализу крови?
Анализ крови в основном назначается врачом после исследования УЗИ. Бывают ситуации, когда пациент по собственной инициативе сдает кровь на окномаркеры или генетический анализ, чтобы выявить у себя наличие предрасположенности к раку груди. В некоторых случаях общий анализ крови может служить поводом для обращения в онкодиспансер (вкупе с пальпацией уплотнения или визуальных признаков рака).
Биохимический анализ
Кровь как материал для исследования позволяет проводить следующие диагностические мероприятия:
При этом специализированными методами определения рака можно назвать только первые два анализа, второй из которых является скорее превентивной мерой, чем оперативной. Два других анализа крови проводятся в основном перед операцией для определения состояния организма и обширности процесса. Однако, как уже говорилось, если в груди нащупывается уплотнение и при этом общий анализ крови показывает более двух отрицательных диагностических коэффициентов – это повод обратиться к узкому специалисту. Отрицательные коэффициенты – это показатели за пределами нормы в отдельных параметрах состава крови.
Биохимический анализ крови позволяет выявить наличие антител к опухолевым клеткам. Такие тела называются онкомаркерами. Количество и вид онкомаркеров зависит от специфики (локализации) раковой опухоли и стадии ее развития. К онкомаркерам относятся:
В случае рака молочной железы лечащего врача будет интересовать в первую очередь присутствие онкомаркера СА-15-3, так как его наличие в крови однозначно говорит о заболевании раком груди. Расшифровка результата занимает в среднем один день. Биохимический анализ проводится несколько раз по ходу течения заболевания. Кровь для него берется из вены в первой половине дня натощак. За две недели до сдачи анализа пациент прекращает прием всех лекарственных средств (уточняется у лечащего врача). За два дня до сдачи крови нельзя принимать алкоголь, жирную и жареную пищу.
За час до процедуры нельзя курить и желательно снизить эмоциональное напряжение. Кровь на биохимический анализ обычно не сдают сразу после лучевого и физиотерапевтического воздействия.
Определение генетических факторов
Прежде чем говорить о генетическом анализе крови, следует подчеркнуть разницу между понятиями «генетический» и «наследственный». Генетический фактор возникновения рака – более обширное понятие, которое подразумевает не только наличие родственников с раком молочной железы, но и специфическую мутацию гена, из-за которой риск этого заболевания возрастает.
Наследственный фактор подразумевает потенциальный риск возникновения рака груди на основании семейного анамнеза. При этом получить мутантный ген могут не только женщины, но и мужчины, но не обязательно его носитель будет болеть.
Пройти генетический анализ может любая женщина. Особенно это рекомендуется тем, чьи прямые родственники перенесли рак груди. Перед процедурой сдачи крови на анализ с пациентом должен поговорить специалист в области генетики, который разъяснит нюансы расшифровки результатов. Специальной подготовки перед сдачей крови от пациента не требуется.
В случае получения положительного результата мутации генов BRCA, но при отсутствии других тревожных симптомов, паниковать не стоит. Женщинам с мутацией этих генов можно порекомендовать в качестве мер профилактики регулярное проведение самообследования и медосмотров. После 40 лет имеет смысл задуматься об удалении яичников и груди, женщинам младшего возраста, не планирующим в дальнейшем рождение детей, иногда рекомендуют прием противозачаточных средств. Решение об этих мерах целиком лежит на плечах самой женщины и требует вдумчивого подхода и консультации с врачами.
Новейшие методы диагностики
Спектральный анализ крови выявляет наличие новообразований в организме с вероятностью до 93%. Это относительно дешевый способ диагностики, который основан на облучении сыворотки крови инфракрасным спектром и анализе ее молекулярного состава.
Заключение по спектральному анализу крови дается по принципу «наличие-отсутствие» и направлено на выявление большинства видов злокачественных образований. Также это исследование способно определить стадию развития рака груди. Расшифровка результатов происходит в лаборатории и не требует дополнительного заключения врача.
Для того чтобы сдать кровь для проведения спектрального анализа, необходимо за 2 месяца до процедуры завершить прием лекарственных средств. С момента рентгеновского или иного облучения, а также химиотерапии должно пройти не менее 3 месяцев. Кроме того, на момент забора крови женщина не должна быть беременна и у нее не должно быть менструации. Забор крови происходит натощак в первой половине дня. Спектральный анализ крови занимает в среднем 12 рабочих дней.
Одним из новейших методов диагностики раковых образований является так называемый «фиш-тест» (FISH, флуоресцентная гибридизация). Его эффективность еще находится в процессе обсуждения, главным вопросом целесообразности его проведения является дорогостоящая процедура исследования. Суть метода заключается в мечении фрагментов клетки флуоресцентным составом и дальнейшее микроскопическое исследование клеток. По тому, с какими участками генетического материала связались меченые фрагменты, можно понять, имеется ли у пациента предрасположенность к раку и какие способы лечения будут актуальны в конкретном случае.
FISH-тест не требует полностью созревших клеток, поэтому этот анализ проводится гораздо быстрее, чем другие лабораторные тесты. Кроме того, метод FISH позволяет более наглядно наблюдать генетические поломки, что невозможно осуществить при других видах анализов. FISH-тест чаще всего используют именно для определения рака молочной железы, но он также работает и для определения некоторых других видов онкологических заболеваний.
К недостаткам FISH-теста относят, помимо дороговизны, его невозможность работы на некоторых участках хромосом ввиду специфичности меток. Кроме того, FISH-тест игнорирует некоторые виды мутаций и поломок генетического кода, что может стать важным упущением в диагностике. Сравнительные исследования FISH с более дешевым ИГХ-тестом не выявили существенных преимуществ в определении восприимчивости к Герцептину раковых клеток. Тем не менее FISH-тест на данный момент является самым быстрым среди высокоточных методов диагностики рака.
FISH - один из удивительнейших «инструментов» молекулярной биологии XXI века. В преимплантационной диагностике исследовательская техника FISH применяется для выявления хромосомных аномалий или нарушений парности хромосом в клетках эмбриона, только что полученного методом экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Если аномалий или признаков анеуплоидии (нарушения парности, нехватки хромосомных пар) не обнаружено, то «искусственный» эмбрион признается жизнеспособным. Его можно имплантировать в матку будущей матери.
FISH позволяет также проследить половые признаки в наборе хромосом эмбриона. Это дает возможность определить пол будущего ребенка еще до фактического наступления беременности (если считать ее началом имплантацию внетелесно зачатого эмбриона в матку).
Что такое FISH?
Аббревиатура расшифровывается так: Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, или флюоресцирующая гибридизация in-situ. Расшифровка, скорей всего, ничего не говорит несведущему читателю. Поэтому разберем сложное понятие по частям, оставив недопереведенное «in-situ» напоследок.
Гибридизация
В молекулярной биологии у этого термина совершенно особое значение, не имеющее ничего общего со скрещиванием видов в «обычной» биологии.
Гибридизация - это молекулярно-генетический прием, применяемый для оценки состояния ДНК и РНК исследуемых клеток. Он основан на соединении отдельных цепочек нуклеиновых кислот в единую молекулу. Таким образом проверяется комплементарность (взаимное соответствие) молекул или их фрагментов друг другу. При полной комплементарности цепочки легко и быстро объединяются в общую молекулу. Медленное объединение говорит о недостаточной комплементарности. Некомплементарность цепочек как раз и обусловлена хромосомными аномалиями (нарушениями порядка расположения хромосом на тех или иных участках), непарностью хромосом или отсутствием некоторых пар.
«Инструментом» для измерения комплементарности является температура, при которой цепочки ДНК гибридизируются в общую молекулу. Для этого требуется сначала нагреть препарат нуклеиновой кислоты, а затем, смешав его с другим нагретым препаратом, охладить. При нагреве водородные связи между цепочками ДНК или РНК исчезают, образуются одноцепочечные фрагменты молекул. Смешанные препараты двух ДНК или РНК (или ДНК - РНК) охлаждаются. При охлаждении водородные связи между комплементарными основаниями быстро восстанавливаются, образуется единая, гибридная молекула ДНК (РНК или ДНК - РНК). При недостатке комплементарности процесс идет дольше, некомплементарные фрагменты остаются неприсоединенными. Следовательно, чем выше температура гибридизации, тем гармоничней и правильней хромосомные строения клеток. Чем ниже температура, тем больше аномалий в хромосомах. На основе анализа некомплементарных остатков можно установить конкретные аномалии или участки анеуплоидии.
Флюоресцентная маркировка
Для анализа комплементарности гибридизирующей молекулы ДНК (или РНК) применяются особые генетические зонды (или ДНК-зонды), которые, конечно же, тоже имеют мало общего со своими «тезками», используемыми, например, в хирургии.
Генетические зонды это синтезированные и специально помеченные одноцепочечные ДНК (реже РНК) с заранее установленными свойствами комплементарности. При гибридизации они сливаются с определенными генетическими фрагментами, подтверждая таким образом их комплементарность. Расположение зондов в гибридизированной молекуле свидетельствует о нормальном или дефектном строении первоначального хромосомного материала, из которого собрано это «искусственное сооружение».
Генетические зонды помечают, в частности, светящимися (флюоресцирующими) веществами, что делает их заметными под объективом специального флюоресцентного микроскопа.
Применение различных красителей для нескольких зондов позволяет производить одновременный анализ различных генетических структур, например, выявлять участки хромосом с двумя наложенными друг на друга генами и прочие аномалии.
В настоящее время при проведении единого анализа генетические зонды метят пятью-шестью различными красителями, иногда даже семью.
In-situ значит «у себя дома»
Первоначальная техника гибридизации была громоздкой. Извлеченные ДНК денатурировались в особых термобуферах, смешивались в центрифуге с другими денатурированными фрагментами. Гибридизация также проводилась лабораторно, «в химической посуде».
Современная техника позволяет проводить анализы in-situ, то есть «на месте», «у себя дома», в первоначальных генетических структурах, а не в лабораторно изготовленных препаратах. Объектами исследования стали сами ядра клеток (извлеченных при биопсии полярных телец, бластомеров, поверхностных клеток бластоцисты).
Наблюдение за генетическим материалом прямо в ядрах клеток ускоряет процесс, делает его более «чистым», свободным от внешних влияний и повреждений, которые не исключены при изготовлении лабораторных препаратов.
Существуют, однако, и проблемы, указывающие на непреодолимые границы данного метода. Единой гибридизацией невозможно «охватить» весь набор хромосом в клетках. Необходимы обычно две-три последовательные гибридизации, позволяющие исследовать 12-15 хромосомных пар (а их у человека 23). Способность к дальнейшей гибридизации у цепочек ДНК после каждой их регибридизации постепенно снижается. Это не позволяет проводить гибридизацию «сколько угодно раз», для исчерпывающего анализа одного и того же генетического материала.
Инвазивные методы пренатальной диагностики позволяют не только заглянуть в будущее и достоверно предсказать ожидают ли еще неродившегося малыша заболевания, связанные с внутриутробными пороками развития, но и выяснить характер и причины врожденных патологий.
Однако любая информация имеет ценность лишь тогда, когда является своевременной. Если речь идет о состоянии развития плода, скорость получения результатов анализов приобретает жизненно-важное значение.
Поэтому, FISH-метод, позволяющий оценить наличие у эмбриона наиболее часто встречающихся аномалий развития в максимально короткие сроки, весьма востребован в генетической диагностике.
FISH– аббревиатура, в расшифровке которой кроется суть технологии выявления хромосомных аномалий – fluorescence in situ hybridization – флюоресцентной гибридизации в «домашней» среде.
Этот прием, предложенный в конце 70-х годов прошлого века Дж. Голлом и М.-Л. Пардью, основан на возможности восстановления последовательности расположения фрагментов нуклеиновых кислот (ДНК или РНК) после их денатурации.
Авторы разработали метод, позволяющий с помощью гибридизации in situ искусственно созданных меченых ДНК-проб (зондов) и цитогенетического материала, взятого на анализ, выявить количественные и качественные отклонения интересующих хромосом.
В конце прошлого века, после успешного применения для окрашивания ДНК-зондов флуоресцентных красителей, FISH-метод получил свое название и с тех пор интенсивно совершенствуется и вариатизируется.
Современные методики FISH-анализа стремятся к тому, чтобы обеспечить возможность получения максимально полной информации для анализа забранного генетического материала за одну процедуру гибридизации.
Дело в том, что единожды после гибридизации можно оценить лишь ограниченное количество хромосом одного и того же цитогенетического материала. Способность же к повторной гибридизации ДНК-цепочек снижается от раза к разу.
Поэтому, на данный момент в генетической диагностике наиболее часто метод гибридизации in situ применяется для быстрого ответа на вопросы об имеющихся, наиболее распространенных анеуплоидий по 21, 13, 18 хромосомах, а также по половым хромосомам X, Y.
Для проведения анализа FISH-методом подходят любые тканевые или клеточные образцы.
В пренатальной диагностике, это могут быть образцы крови, эякулята, или .
Быстрота получения результатов обеспечивается тем, что клетки, полученные из забранного на анализ материала, не нужно культивировать в питательных средах, добиваясь их деления до нужного количества, как при классическом способе кариотипирования.
Отобранный материал проходит специальную подготовку для получения концентрированной чистой клеточной суспензии. Далее проводят процесс денатурации ДНК-пробы и нативных ДНК исследуемого образца до одноцепочечного состояния и процесс гибридизации, во время которого окрашенные ДНК-зонды инкубируются с ДНК образца.
Таким образом, визуализируются искомые (окрашенные) хромосомы в клетке, оценивается их количество, строение генетических структур и т.п. Рассмотреть светящиеся цепочки ДНК позволяет окуляр особого флуоресцентного микроскопа.
В настоящее время FISH-метод широко используется в диагностических целях для выявления генетических заболеваний, хромосомных аберраций в репродуктивной медицине, онкологии, гематологии, в биологической дозиметрии и т.п.
Как применяют FISH-диагностику плода?
В сфере репродуктивной медицины FISH-метод, как один из приемов молекулярной цитогенетической диагностики, используется на всех этапах.
- парой.
Для определения кариотипа будущих родителей – проводится единожды, так как геном человека неизменен в течение всей жизни.
Кариотипирование пары перед зачатием ребенка поможет выявить являются ли родители носителями генетических патологий, передающихся по наследству, в том числе скрытых. А также общее состояние генома будущих мамы и папы, которое может повлиять на успешность зачатия малыша и вынашивания беременности.
Диагностика FISH-методом в данном случае зачастую выступает как дополнительное обследование к классическому кариотипированию, при выявлении хромосомных патологий в исследуемом материале (венозной крови родителей), если есть подозрение на мозаицизм.
Дообследование FISH-методом позволит достоверно подтвердить или опровергнуть наличие подозреваемой аномалии в клетках будущего родителя.
- Исследование эякулята.
Показано при трудностях с репродукцией в паре по «мужскому фактору». Анализ спермы FISH-методом позволит оценить уровень аномальных по хромосомному набору сперматозоидов, а также определить является ли мужчина носителем генетических заболеваний, сцепленных с полом.
Если пара в дальнейшем прибегнет к зачатию с помощью ЭКО, FISH-анализ эякулята позволит отобрать наиболее качественные сперматозоиды для оплодотворения яйцеклетки.
- При ЭКО.
Для предимплантационной генетической диагностики (ПГД). По результатам исследований кариотипа родителей определяются возможные хромосомные, генетические абберации, которые могут быть переданы эмбриону.
Благодаря возможностям FISH-диагностики, исследование генетического здоровья образовавшихся эмбрионов можно осуществить в считанные часы до переноса в полость матки, чтобы обеспечить наступление беременности заведомо здоровым плодом.
Кроме того, возможности ПГД позволяют определить половую принадлежность эмбрионов, а, следовательно, «заказать» пол будущего ребенка, если это необходимо.
- В период вынашивания беременности.
В пренатальной диагностике: анализ плодовых клеток, полученных с помощью биопсии ворсин хориона, амниоцентеза или кордоцентеза, методом FISH медицинские центры обычно предлагают в дополнение к классическому генетическому исследованию клеток плода (кариотипированию).
Этот метод незаменим, когда необходимо быстрое получение ответа о наличии у плода наиболее распространенных хромосомных пороков: трисомии по 21, 18, 13 хромосомах, аббераций в хромосомах X и Y, иногда также анеуплоидий по 14 (или 17),15, 16 хромосомам.
Достоинства анализа FISH-методом
Проведение генетического анализа FISH-методом, хоть и остается на сегодняшний день вспомогательным методом диагностики хромосомных патологий, однако целесообразность его проведения обуславливают неоспоримые преимущества:
- скорость получения результатов, касающиеся тестируемых хромосом – в течение нескольких часов – не более 72-х.
Это может быть важно, если от диагноза генетиков зависит судьба беременности;
- высокая чувствительность и достоверность метода FISH–успешное проведение анализа возможно на ничтожно малом количестве биоматериала – достаточно одной клетки, погрешность результатов при этом, не более 0,5%.
Это может быть важно при ограниченном количестве клеток в исходном образце, например, при плохом их делении.
- возможность проведения диагностики FISH-методом на любом сроке беременности (с 7-ой недели) и по любому биологическому образцу: фрагменты хориона, амниотическая жидкость, плодная кровь и т.п.
Где можно сделать диагностику FISH-методом
В Москве FISH-метод для пренатальной диагностики хромосомных отклонений плода применяют в следующих медицинских центрах:
Как правило, клиники предлагают услугу FISH-диагностики в рамках полного кариотипирования плода путем инвазивного вмешательства за дополнительную плату. И, как правило, будущие родители согласны доплатить, ведь благодаря FISH-методу уже через пару суток можно узнать о своем малыше самое главное
