三、放射自顯影技術
放射自顯影(radioautography)是利用放射性核素(同位素)的射線作用于感光材料的鹵化銀晶體,產生潛影,然后通過顯影過程把“像”顯示出來,以研究用放射性核素標記的物質在生物體內的定位和定量的一種技術。放射自顯影技術有光鏡和電鏡兩個層次。光鏡放射自顯影研究同位素標記物在組織和細胞中的分布;電鏡放射自顯影研究同位素標記物在細胞超微結構水平上的分布。
放射自顯影技術通過標記大分子的前體(precursor)來示蹤大分子代謝的過程,分析它們不同時期在不同組織、細胞或細胞器中被攝取、轉運、貯存及排出的動態變化,從而在不破壞組織和細胞結構的情況下了解細胞、組織和器官的代謝狀態,如用放射性DNA前體3H胸腺嘧啶核苷酸標記細胞了解DNA的合成情況等。另外,也可以將放射性核素聯結到能與特異大分子結合的探針上,顯示特異大分子的定位和定量,如用35S標記的脫氧胞嘧啶核苷參入探針DNA分子,通過原位雜交使這一放射性探針與特異DNA或RNA分子結合,再通過放射自顯影顯示特異核酸分子在組織或細胞內的分布。
(一) 放射自顯影技術基本原理
放射自顯影技術基本原理是:將放射性核素標記的物質引入生物體或細胞,參與細胞的正常代謝過程,或聯結到能與特異大分子結合的探針上,利用放射性核素放出的射線作用于核子乳膠而顯像,從而達到對該放射性物質在組織或細胞內定位的目的,因此,放射性核素對核子乳膠的作用是放射自顯影技術的關鍵。
1、核子乳膠 核子乳膠是鹵化銀晶體在明膠中形成的懸浮體,顆粒細小而均勻,具較好的靈敏度,能精確地測定顯影顆粒的密度、離子射程和徑跡的擴散。
2、放射性核素放出的射線
放射性核素在進行蛻變時主要放出三種射線,α、β、和γ射線。三種射線都能對感光材料發生作用,但情況各不相同。β射線具有較大的穿透本領和較小的電離作用,在放射自顯影技術中有重要意義,在組成生物大分子的主要元素中都有發射β射線的核素如3H、32P、33P和35S等,是放射自顯影的重要工具。
3、射線對核子乳膠的作用
放射自顯影的過程和普通的照相過程很相似。射線作用于核子乳膠時,帶電粒子和鹵化銀發生作用,把鹵離子的一個軌道電子擊出,使其成為鹵原子,而被擊出的電子為鹵離子周圍的銀離子所俘獲,使銀離子變成銀原子。這就是潛影形成的過程,再經過顯影和定影,影像就呈現出來。
(二)實驗方法
放射自顯影的主要步驟包括:放射核素的標記、樣品制備、核子乳膠膜的制備、自顯影和顯影及定影等。現以電鏡放射自顯影為例作簡單介紹。
1、放射性核素標記所要研究的大分子
含有放射性核素、用來示蹤大分子的物質叫作示蹤化合物。要研究大分子的代謝過程,所選擇的示蹤化合物必須是所研究大分子的前體。方法是給動物注射示蹤化合物,或對培養細胞在培養液中加入示蹤化合物。要研究已合成的大分子的定位,則可以通過酶促反應令示蹤化合物參入探針,再通過原位雜交反應令放射性探針與所要研究的大分子結合。
2、樣品制備 電鏡放射自顯影中的樣品制備過程與普通樣品制備技術相同。
3、涂覆核子乳膠膜 在帶有放射性核素的切片上覆蓋一層核子乳膠膜,然后進行自顯影過程。制備乳膠膜需在暗室內安全燈光下進行。制備方法包括環套法、浸涂法、平基法等。
4、自顯影過程(曝光) 自顯影指在無光條件(暗盒內)下讓切片中放射性核素發射出來的帶電粒子和乳膠中鹵化銀晶體作用的過程。自顯影過程一般在低溫(4℃)和干燥的條件下進行。
5、顯影和定影 經過帶電粒子作用而在核子乳膠的鹵化銀晶體中所產生的潛影,必須經過顯影和定影才能把“像”顯示出來。顯影的作用是使潛影變成不穩定的影像,而定影使已顯影的影像穩定下來。