تقنية المصفوفة المعلقة

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

تقنية المصفوفات المعلقة ( SAT ) هي منصة فحص عالية الإنتاجية وواسعة النطاق ومتعددة التحليلات تُستخدم في البيولوجيا الجزيئية . وقد طُبقت تقنية SAT على نطاق واسع في أبحاث الجينوم والبروتيوم ، مثل تحديد النمط الجيني لتعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNP) ، وفحص الأمراض الوراثية ، وتحليل التعبير الجيني ، وفحص اكتشاف الأدوية ، والتشخيص السريري. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] تستخدم تقنية SAT خرزات مجهرية ( قطرها 5.6 ​​ميكرومتر) لتحضير المصفوفات. وتتيح هذه التقنية الاختبار المتزامن لمتغيرات جينية متعددة باستخدام هذه الخرزات المجهرية، حيث يتميز كل نوع منها بخصائص فريدة تعتمد على الاختلافات في الخصائص البصرية، وأكثرها شيوعًا هو اللون الفلوري. ولأن لكل لون ودرجة شدته طول موجي فريد، يمكن التمييز بين الخرزات بسهولة بناءً على شدة طولها الموجي. وتتميز هذه الخرزات المجهرية بسهولة تعليقها في المحلول، كما أنها تُظهر حركية تفاعلية مناسبة أثناء التحليل. على غرار المصفوفات الدقيقة المسطحة (مثل مصفوفة الحمض النووي الدقيقة )، ترتبط جزيئات مستقبلة مناسبة، مثل مجسات الحمض النووي قليلة النوكليوتيدات ، أو الأجسام المضادة ، أو البروتينات الأخرى ، بالكرات المجهرية الموسومة بشكل مختلف. ينتج عن ذلك آلاف العناصر في مصفوفة الكرات المجهرية. عادةً ما يتم الكشف عن تهجين المجس مع الهدف بواسطة أهداف موسومة ضوئيًا، مما يحدد الوفرة النسبية لكل هدف في العينة. [ 4 ] 

نظرة عامة على اختبار SAT باستخدام تهجين الحمض النووي

نظرة عامة على إجراءات تقنية المصفوفة المعلقة، باستخدام تهجين الحمض النووي كنموذج.

يُستخلص الحمض النووي من الخلايا المستخدمة في إنتاج أجزاء الاختبار. تُضاف هذه الأجزاء إلى محلول يحتوي على أنواع مختلفة من حبيبات الميكروسفير. يحتوي كل نوع من حبيبات الميكروسفير على مسبار حمض نووي معروف ذي هوية فلورية فريدة . تُترك أجزاء الاختبار والمسبارات الموجودة على حبيبات الميكروسفير لتتزاوج مع بعضها. بعد التزاوج، تُفرز حبيبات الميكروسفير، عادةً باستخدام تقنية قياس التدفق الخلوي . يتيح ذلك الكشف عن كل متغير من متغيرات الجينات في العينة الأصلية. تُشير البيانات الناتجة إلى الوفرة النسبية لكل عينة مُهجّنة بالنسبة لحبيبات الميكروسفير.

تعدد الإرسال

نظرًا لسهولة تعليق حبيبات الميكروسفير في المحلول، واحتفاظ كل ميكروسفير بهويته عند تهجينه مع عينة الاختبار، يُمكن لتجربة مصفوفة التعليق النموذجية تحليل نطاق واسع من التحليلات البيولوجية في تفاعل واحد، يُسمى "التحليل المتعدد". عمومًا، يُحضّر كل نوع من أنواع الميكروسفير المستخدمة في المصفوفة بكميات كبيرة. على سبيل المثال، تستخدم مصفوفات الميكروسفير المتوفرة تجاريًا من تقنية Luminex xMAP مصفوفة 10×10 عناصر. تتضمن هذه المصفوفة حبيبات تحتوي على أصباغ حمراء وأشعة تحت الحمراء، لكل منها عشر شدات مختلفة، لتكوين مصفوفة من 100 عنصر. [ 4 ] وبالتالي، سيزداد حجم المصفوفة بشكل كبير عند استخدام أصباغ متعددة. على سبيل المثال، خمسة أصباغ مختلفة، لكل منها عشر شدات مختلفة، ستُنتج 100,000 عنصر مختلف في المصفوفة.

إجراء

استهداف العينات

عند استخدام أنواع مختلفة من الكريات المجهرية، يُمكن لتقنية SAT اختبار متغيرات متعددة في عينة واحدة في آنٍ واحد، مثل الحمض النووي والبروتينات . وهذا يُتيح لتقنية SAT تحليل مجموعة متنوعة من الأهداف الجزيئية خلال تفاعل واحد. تتضمن طريقة الكشف الشائعة عن الأحماض النووية التهجين المباشر للحمض النووي. يُعد التهجين المباشر للحمض النووي أبسط أنواع اختبارات المصفوفة المعلقة، حيث يتم تضخيم قليل النوكليوتيدات من الحمض النووي بطول 15 إلى 20 زوجًا قاعديًا، والمرتبط بالكريات المجهرية، باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) . يُعد هذا الطول الأمثل للمجس لأنه يُقلل من تباين درجة الانصهار بين المجسات المختلفة أثناء تهجين المجس مع الهدف. [ 1 ] بعد تضخيم مجس واحد من الحمض النووي ذي الأهمية، يُمكن استخدامه لإنشاء 100 مجس مختلف على 100 مجموعة مختلفة من الكريات المجهرية، كل منها قادر على التقاط 100 هدف محتمل (في حال استخدام مصفوفة 100-plex). وبالمثل، عادةً ما يتم تضخيم عينات الحمض النووي المستهدفة باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ووسمها. [ 4 ] يتم تحقيق التهجين بين مسبار الالتقاط والحمض النووي المستهدف عن طريق صهر ودمج تسلسلات الحمض النووي المستهدف المكملة مع مسابير الالتقاط الخاصة بها الموجودة على الكريات المجهرية. بعد الغسل لإزالة الارتباط غير النوعي بين التسلسلات، ستبقى فقط مسبارات الالتقاط المرتبطة بقوة بالحمض النووي المستهدف مهجنة. [ 1 ]

الفرز والكشف باستخدام قياس التدفق الخلوي

للحصول على مزيد من التفاصيل حول هذا الموضوع، انظر قياس التدفق الخلوي

بما أن الهوية البصرية لكل جسيم مجهري معروفة، يمكن تحديد كمية العينات المستهدفة المهجنة مع هذه الجسيمات عن طريق مقارنة الشدة النسبية للعلامات المستهدفة في مجموعة من الجسيمات المجهرية مع شدتها في مجموعة أخرى باستخدام تقنية قياس التدفق الخلوي . ويمكن فرز الجسيمات المجهرية بناءً على خصائصها البصرية الفريدة ومستوى تهجينها مع التسلسل المستهدف.

نقاط القوة

  • سرعة/إنتاجية عالية: في التحليل المتعدد، يمكن تحليل 100 عينة في كل 30 ثانية. ويمكن لتقنية قياس التدفق الخلوي عالية الإنتاجية التي تم الإبلاغ عنها مؤخرًا أخذ عينات من صفيحة 96 بئرًا في دقيقة واحدة، ونظريًا، يمكن تحليل 100 عينة باستخدام هذا النظام في أقل من ثانية واحدة، أو ما يصل إلى 12 مليون عينة يوميًا. [ 4 ]
  • كثافة المصفوفة العالية/التعدد: بالمقارنة مع المصفوفات الدقيقة المسطحة، تسمح تقنية SAT بإجراء قياسات متوازية. يمكن أن تحتوي بضعة ميكرولترات من الكريات المجهرية على آلاف عناصر المصفوفة، ويمثل كل عنصر من عناصر المصفوفة مئات الكريات المجهرية الفردية. وبالتالي، يمثل القياس بواسطة قياس التدفق الخلوي تحليلًا متكررًا لكل عنصر من عناصر المصفوفة. [ 4 ]
  • جمع المعلومات بفعالية: من فوائد استخدام تقنية SAT أنها تتيح لك أخذ عينة واحدة من مريض أو كائن حيّ بحثي، وإجراء اختبارات متزامنة للكشف عن متغيرات جينية متعددة. وبالتالي، يمكنك من عينة واحدة تحديد الفيروس الذي يُصاب به المريض من بين مجموعة من الفيروسات، أو تحديد طفرة زوج القاعدة الموجودة في الكائن الحيّ ذي النمط الظاهري الفريد. [ 3 ]
  • فعالة من حيث التكلفة: تتراوح تكلفة مجموعات مصفوفة التعليق المتوفرة تجارياً حالياً بين 0.10 دولار و0.25 دولار لكل تسلسل يتم اختباره. [ 1 ]

نقاط الضعف

  • حجم المصفوفة الصغير نسبيًا : على الرغم من إمكانية استخدام كمية أكبر من الأصباغ لتوليد ملايين العناصر المختلفة في المصفوفة، إلا أن الجيل الحالي من مصفوفات الكريات المجهرية المتوفرة تجاريًا (من تقنية Luminex xMAP) يستخدم مجموعتين فقط من الأصباغ، وبالتالي لا يمكنه الكشف إلا عن حوالي 100 هدف لكل تجربة. [ 4 ]
  • يتطلب التهجين بين مجموعات مختلفة من المجسات وتسلسلات الهدف درجة حرارة تلدين محددة ، تتأثر بطول وتسلسل مجس الأوليغونوكليوتيد. لذا، لا يمكن استخدام سوى درجة حرارة تلدين واحدة ممكنة لكل تجربة. وبالتالي، يجب تصميم جميع المجسات المستخدمة في تجربة معينة بحيث تتهجن مع الهدف عند نفس درجة الحرارة. على الرغم من أن إدخال عدم تطابق في أزواج القواعد في بعض مجموعات المجسات قد يقلل من اختلافات درجة حرارة التلدين بين كل مجموعة، إلا أن مشكلة التهجين تظل قائمة إذا تم اختبار أكثر من 10-20 هدفًا في تفاعل واحد. [ 1 ]

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 دنبار، شيري أ. (2006). "تطبيقات تقنية Luminex xMAP للكشف السريع وعالي الإنتاجية عن الأحماض النووية المتعددة" . مجلة Clinica Chimica Acta . 363 ( 1-2 ): 71-82 . doi : 10.1016/j.cccn.2005.06.023 . PMC 7124242. PMID 16102740 .  
  2. ↑ سيدمان، جوناثان؛ بيريت، ديفيد (2002). "طريقة جديدة لفحص الأجسام المضادة وحيدة النسيلة باستخدام نظام Luminex-100 للميكروسفيرا". مجلة أساليب علم المناعة . 267 (2): 165-171 . doi : 10.1016/s0022-1759(02)00168-0 . PMID 12165438 . 
  3. 1 2 دنبار، شيري أ.؛ فاندر زي، كو أ.؛ أوليفر، كيري ج.؛ كارم، كيفن ل.؛ جاكوبسون، جيمس و. (2003). "الكشف الكمي المتعدد عن مسببات الأمراض البكتيرية: تطبيقات الحمض النووي والبروتين لنظام Luminex LabMAP". مجلة أساليب علم الأحياء الدقيقة . 53 (2): 245-252 . doi : 10.1016/S0167-7012(03)00028-9 . PMID 12654495 . 
  4. 1 2 3 4 5 6 نولان، جون ب.؛ سكلار، لاري أ. (2002). "تقنية المصفوفات المعلقة: تطور نموذج المصفوفات المسطحة". اتجاهات في التكنولوجيا الحيوية . 20 (1): 9-12 . doi : 10.1016/s0167-7799(01)01844-3 . PMID 11742671 .