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病理学检测在药物临床前研究中的应用

伊红 高通 病理学检测
2024/11/28
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病理学是研究人体疾病发生的原因、机制和发展规律以及疾病过程中机体的形态结构、功能代谢变化和病变转归的一门基础医学科学,运用各种方法研究疾病的原因、在病因作用下疾病发生发展的过程以及机体在疾病过程中的功能、代谢和形态结构的改变并阐明其本质,从而为认识和掌握疾病发生发展的规律和防治疾病提供必要的理论基础,同时病理在临床医学检查中也是非常重要的检查之一,病理诊断被视为是疾病诊断的“金标准”。

蓬勃生物体内药理具有完整的病理检测流程,可以进行药物毒理、抗体亲和力筛选、肿瘤组织高通量筛选、动物模型评估(如犬皮炎模型、超排卵模型、肺纤维化模型、皮肤瘢痕模型等)等多方面的研究。

Fig1. 常见病理切片制备流程

常见病理染色方法介绍


  • 苏木素伊红染色(H&E)

苏木精-伊红染色法( hematoxylin-eosin staining ),简称H&E染色法,是石蜡切片技术中常用的染色法之一。苏木精染液为碱性,主要使细胞核内的染色质与胞质内的核酸着紫蓝色;伊红为酸性染料,主要使细胞质和细胞外基质中的成分着红色。H&E染色法是组织学、胚胎学、病理学教学与科研中最基本、使用最广泛的技术方法。
Fig2. HE染色原理
  • Masson染色
Masson染色的基本原理是与阴离子染料分子的大小和组织的渗透性有关。胶原纤维被大分子的阴离子染料染成蓝色(通常为苯胺蓝),而肌纤维被中等分子量的染料染成红色(通常为酸性品红和丽春红),该染色主要用于区分组织中的胶原纤维与肌纤维。通过染色,可以清晰地显示组织的纤维结构,特别是在观察病变时,能够更准确地捕捉胶原纤维的变化。
Fig3. Masson染色步骤
  • 免疫组织化学染色
免疫组织化学法(Immunohistochemistry, IHC)是基于抗原-抗体相互识别,利用抗原-抗体特异性结合,对组织或细胞内的特异性抗原进行定位的一种方法。

Fig4. IHC染色原理

Fig5. IHC染色方法


蓬勃生物体内药理可提供从动物模型建立至数据分析解读完善的病理服务,在模型构建、组织病理分析方面有丰富的经验,并对于不同类型的受试物可以实现快速检测靶点的亲和力等,基于以上试验技术搭建了三大主要服务平台:动物模型组织病理分析平台、抗体亲和力筛选平台、肿瘤组织芯片高通量筛选平台


动物模型组织病理分析平台

在病理诊断中,为了更好的区分细胞或组织中的不同结构,常使用苏木素伊红(H&E)方法对样本切片进行染色,观察其中病理变化;对于一些常规染色中无法观察到组织或细胞中的正常结构或病理过程中出现的异常物质、病变及病原体等,需要分别选用相应的显示这些成分的特殊染色方法进行染色,常用方法有Masson、EVG、PAS等。如下展示了常见动物模型的组织病理分析案例:

小鼠超排卵模型:

超排,全称超促排卵(Superovulation),可通过药物刺激卵巢发育,促使卵巢内多个卵泡同时发育并成熟,以增加获得卵子的数量和质量,在辅助生殖技术(Assisted Reproductive Technology, ART)中被广泛应用,尤其是在试管婴儿(体外受精-胚胎移植,IVF-ET)治疗中。我们建立了啮齿类动物(小鼠和大鼠)的超排卵模型,为该类适应症药物的临床前试验提供重要依据。

Fig6. 超排卵模型H&E染色图(4x)

Fig6中展示了空白对照组和模型组的H&E染色结果,相比于空白对照组,模型组卵巢体积增大,较大卵泡的数量增多,提示模型构建成功。

肺损伤模型:

肺损伤模型的研究可以评估不同刺激条件下肺组织机器中不同细胞状态的反应和损伤程度,有助于阐明肺损伤的病理生理学发病机制,为人类特应性肺损伤的研究和治疗提供参考,具有重要的科学意义和实际应用价值。我们建立了小鼠的肺损伤模型,为该类适应症药物的临床前试验提供重要依据。

Fig7. 肺损伤模型HE染色(10x)

Fig8. 肺损伤模型评分标准及统计

Fig7中展示了空白对照组和模型组的H&E染色结果,空白对照组可见正常肺泡结构(蓝圈),模型组可见明显肺损伤(黑圈)、肺泡壁增厚现象减轻,肺泡间隔缩短(黄圈)等病理变化,对其进行临床病理评分(Fig8),可见模型组较空白对照组呈现显著性升高,上述模型组病理变化均为肺损伤病理特征,提示模型构建成功。

皮肤瘢痕模型:

当机体皮肤遭遇创伤时,创伤愈合是一个较为复杂的生物过程,大致经历炎症反应、组织增生和肉芽形成、以及瘢痕修复三个阶段。炎症反应阶段,小血管快速收缩和血栓形成以控制出血,血管通透性增加和白细胞渗出以控制感染,纤维蛋白原渗出为修复过程做准备。组织增生和肉芽形成阶段,新生毛细血管和成纤维细胞组成肉芽组织,上皮细胞增生与肉芽组织发生的同时出现,形成复层鳞状上皮。对于一些较难修复(如由外伤、手术、烧伤等原因造成)的瘢痕可通过各种医疗手段进行改善和治疗。我们建立了大鼠皮肤损伤和瘢痕模型,为该类适应症药物的临床前试验提供重要依据。

Fig9. 皮肤瘢痕模型Masson染色图(4x)
Fig9中展示了空白对照组和模型组的Masson染色结果,空白对照组中皮肤真皮层中的胶原纤维呈现蓝色,胶原粗壮,排列松散,呈碎布样(蓝圈);肌纤维、胞质呈红色(黑色箭头);模型组真皮层胶原纤维大量沉积,胶原形态纤细致密,有明显瘢痕现象,提示造模成功。


抗体亲和力筛选平台

抗体亲和力筛选平台具备对常见的免疫检查点、肿瘤相关抗原及免疫细胞的免疫组化检测能力,并可根据项目需要开发相应靶点的可重复的免疫组化方法,依次评估对特定靶点的亲和力水平。

Fig10. 各步骤免疫染色图

常见试验流程:首先,选取抗原高表达的阳性细胞株,制作细胞涂片,使用高亲和力的鼠源抗体进行方法预开发;随后在抗原高表达的阳性细胞涂片中,使用上述方法验证受试物分子(人源化抗体)与抗原的结合性;进一步,制作靶器官冰冻组织切片,使用高亲和力的鼠源抗体对IHC方法进行开发与完善,如结果所示方法稳定,可继续推进实验;最后,在靶器官冰冻组织切片中,使用上述成熟的方法对受试物分子进行结合反应性检测;

结果分析:使用Image J对靶器官中的阳性染色区域的占比进行统计分析,筛选得到亲和力较好的抗体分子,用于后续药物研发。

Fig11. 阳性区域的占比统计图
Fig11中展示了PBS对照组和各供试品组的IHC检测结果,可见3个供试品均较对照有显著的靶细胞或靶器官结合,3个供试品的亲和力趋势为TA2>TA3>TA1。


肿瘤组织芯片高通量筛选平台

组织芯片是继基因芯片、蛋白质芯片之后出现的又一种重要的生物芯片,主要用于研究同一种基因或蛋白质分子在不同细胞或组织中表达的情况。蓬勃生物体内药理基于组织芯片开发了高通量筛选阳性细胞系,如下图所示,将不同来源的小鼠肿瘤收集,制作成肿瘤组织芯片,可实现大规模、高通量快速筛选出与抗体分子结合的肿瘤细胞系。

Fig12. 组织芯片组分及结果

往期体内药理大讲堂回顾

体内药理大讲堂:如何设计蛋白药物长效制剂并进行临床前体内筛选?

体内药理大讲堂:如何利用LBA检测方法助力PK研发?

体内药理大讲堂:如何进行抗肿瘤药物的临床前体内药效评价?

体内药理大讲堂:如何进行自身免疫性疾病的临床前体内药理药效研究?


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