组织芯片是将数十个至上千个小块组织整齐地排列在同一张载玻片上而制成的微缩组织切片。根据组织芯片放置组织的多少，分为多组织片、组织阵列片(最多可含有60个直径2 mm左右的组织)和组织微阵列片(最多含1 000个直径0.6 mm左右的组织)；按组织来源不同，又可分为人类组织芯片、动物组织芯片；人类组织芯片又可分为人类疾病组织芯片、正常组织芯片和胚胎组织芯片。组织芯片具有节省材料、信息量大、对比性强，可按不同的需要进行排列组合设计等特点[1]。因此，组织芯片技术已经在临床疾病诊断方面发展较为迅速[2-7]。然而，组织芯片技术能否与基础教学科研结合起来仍是一项较为新颖的尝试。近年来，笔者采用手工组织芯片包埋法制作实验教学切片和科研切片，并与传统方法进行了对比观察，尤其是应用组织芯片技术制作的考试切片，得到了实验教师及技术人员的一致好评，报告如下。
1 组织芯片在教学中的应用
1.1 传统教学切片的制作及应用 传统教学切片是将每个组织包埋在一个蜡块内(图1)，用轮转式石蜡切片机切片或平推切片机切片，每个器官组织制作在一张载玻片上，教师先用显微多媒体系统结合课本知识讲解一张载玻片上每个单一器官组织切片的主要结构特点，然后学生自己观察组织切片，结合理论课知识建立立体形态概念，并完成绘图作业。如在制作肝脏教学切片时，通常只选用一块猪的肝脏组织，虽然能满足正常教学需要，但有一定的局限性及缺点。
图1 传统教学切片
A.猪肝组织石蜡包埋块; B. 猪肝组织HE染色切片
1.2 教学组织芯片的制作及应用 教学组织芯片是将各有特点的不同种属动物的同一种组织用组织芯片的形式直接手工包埋在一个蜡块内，平推切片机切片。切片厚度选用比较薄的切片(5～6 μm)[8]。直接捞片将多个不同种属动物同一器官制作在同1张载玻片上。教师先用显微多媒体系统结合课本知识讲解并分析、辨认同一器官不同种属各自的特点及共同结构，并与书本中相关内容进行交叉对比。学生通过自己的观察，掌握不同种属同一组织的组织学结构，完成绘图作业。如在制作肝脏教学切片时，可以同时将人的肝组织和猪的肝组织包埋在同一个蜡块内(图2)，观察各自的特点，比较其异同点，就会发现猪的肝小叶明显，肝板排列整齐等特点；人的肝脏肝小叶不明显，但肝血窦比较清晰，血窦内比较容易找到肝巨噬细胞等特点。
图2 肝脏的教学组织芯片
A.猪和人肝组织石蜡包埋块;B.猪和人肝组织HE染色切片
本教研室结合多年的教学经验，技术室将组织芯片技术利用到组织学的教学实践中。学生在使用组织芯片进行观察学习时，可以观察到各种动物组织结构特点，这样可以充分调动学生学习的积极性，既丰富了课堂内容又可以提高学生学习组织胚胎学理论课的兴趣[9]。有的学生听完理论课后觉得组织胚胎课枯燥无味，上完实验课后就改变了这种观点，对组织胚胎课程产生了兴趣。通过近几年教学芯片改革观察发现，学生实验课、理论课平均成绩呈逐年提高趋势。由此可见，组织芯片应用到教学切片中，能够积极发挥学生的主观能动性，也确实能够提高学生的学习效果[10]。
1.3 传统考试切片的制作及应用 考试前挑选出10张平时教学常用切片，每张切片上有一个组织器官，共10个器官。考试时给每个学生发10张考试片，考试时间为20 min，满分100分。考试要求学生在光学显微镜下观察所有10个器官，写出器官名称及3个以上结构特点。最后加上平时小测验、画图作业等占期末总成绩的30%。具体制作方法如下：将每个组织包埋在一个蜡块内，用轮转式石蜡切片机切片或平推切片机切片，每个器官组织制作在1张载玻片上[11]，技术室老师在每次考试之前需要挑选考试片，给每张考试片编号，保证每个学生的考试切片涵盖了各个系统且难易程度接近，在考试周的最后半天集中所有考生，分3个实验室每20 min更换3个小班学生进行考试，并在考试空隙迅速更改切片编号以防考题泄露。这种传统的考核方式虽然也能检验学生的学习效果，但在手段上、形式上缺点很多。①因为平时取材留取组织块时，考虑到既要制作考试切片也要制作教学切片，所以需要取材时留取的组织块比较大，切片时一般选取器官组织的横切面或矢状切面；又由于每个器官立体结构不同，造成切片平面肉眼观察时外观各异各有特点，如肾脏组织为扇形，肝脏组织为三角形，肾上腺、淋巴结、血管、睾丸为圆形或椭圆形，脾脏为长方形等。与学生平常上实验课时所观察到的教学切片类似，有的学生可以根据器官的外形特点，肉眼就辨认出器官名称，容易猜测答案。②观察10张切片，学生更换切片次数多，容易使学生考试期间情绪紧张，容易打碎切片且不能正常发挥学生的学习水平。③这种考试方式存在学生轮换次数多、在考试空隙需要迅速更改切片编号、任课老师的判卷答案多等弊病，故每次结课考试时学生和老师均比较忙乱，易于出错。
1.4 考试组织芯片的制作及应用 本教研室于2005—2015年对传统的考试切片进行了改革，将制作简易的组织芯片作为考试切片。每张考试切片上展有5个组织器官，考试前挑选出2张考试切片，共10个器官。学生按单双号发片，考试时间为20 min，满分100分。考试要求学生在光学显微镜下观查所有10个器官，写出器官名称及3个以上结构特点。最后加上平时小测验、画图作业等占期末总成绩的30%。具体制作方法：选用20种组织学重点器官，将每个组织包埋在一个蜡块内，共包埋20个蜡块，用轮转式竖式石蜡切片机切片，将切好的蜡片组织根据系统、难易辨认的程度和组织细胞核苏木精的着色程度分类，利用切片展片仪在1张载玻片上展有5个器官组织[12]，如将5个不同章节系统的代表甲状腺(内分泌系统)、气管(呼吸系统)、指皮(皮肤)、中等动静脉(循环系统)、肝(消化腺)，共同展在1张考试片上(图3)，切片考试时每个学生发2张考试切片，共10个器官。在考试周的最后半天集中所有考生，分3个实验室每20 min更换3个小班学生进行考试。每个实验室40个学生分单双号发片，保证对面及邻座学生考试片不同。这种考试切片制作及考核方式也有一定的缺点，虽然考生切片数减少了，但在考试期间也需要频繁更改切片编号；每张切片5个组织器官的顺序是固定的，导致技术室老师不容易搭配，难易程度不易控制；采用单双号方式发考试切片也容易使考试答案泄露，即使技术室老师频繁更换切片的编号，学生考试完毕后习惯去找任课老师核实答案，久而久之，考题容易泄露。应用几年后发现往往是最后一轮考试的学生总比第一轮考试的学生成绩高，不容易做到公平公正。再者学生也容易跨年度泄题，一旦上一届学生把切片答案顺序传给下一届学生，第二年就需要技术室老师再重新制作考试片，这样每年均需要增加考试片，给老师提供的答案也逐年递增，就给老师判卷造成了混乱。
图3 考试组织芯片(包含5种器官)
A.5种器官组织石蜡包埋块;B.5种器官组织HE染色切片
本教研室2016—2018年选用组织芯片制作方式制作考试切片时又进行了一次改良。即在1张切片上展有10个组织器官，学生在光学显微镜下观查排列在1张切片上的所有10个器官，写出器官名称及3条以上结构特点。考试时间为20 min，满分100分，最后加上平时小测验、画图作业等占期末总成绩的30%。这种改良技术对技术员的技术熟练程度要求较高[13]。具体制作方法：同样选用20种组织学重点器官，将每2个组织包埋在一个蜡块内，用传统的手工包埋法进行包埋，即在操作台上摆放铜板及2根包埋用铜条，任意组合长短将组织包埋成长方形蜡块，每2个不同器官包埋到同一个蜡块上，上下并列。用轮转式竖式石蜡切片机切片，每个蜡块切成蜡带形式存放于切片盒内以方便展片时随意组合，将切好的蜡片组织根据系统、难易辨认的程度和组织细胞核苏木精的着色程度分类，并根据考试切片的组合原则即保证各组切片难易程度相近，且包含各个重点组织器官，通过不同的排列组合，利用切片展片仪在1张载玻片上铺有5个蜡片,共10个器官组织，如将10个不同章节系统的代表卵巢(女性生殖系统)、甲状腺(内分泌系统)、肝脏(消化腺)、食管(消化管)、中等动静脉(循环系统)、胰腺(消化腺)、肾脏(泌尿系统)、指皮(皮肤)、肺(呼吸系统)、胸腺(免疫系统)共展在1张考试片上(图4)，并通过5个蜡块的左右上下顺序改变进行不同的排列组合共制作出40张编号为1～40号的40个不同答案的切片，每个实验室制作40张，即保证每个实验室40个学生的考试片各不相同，选择最后1周的实验课上进行随堂切片考试，先留出一定时间让学生复习切片，最后20 min考试。目前有3个实验室，故制作了3套1～40号的考试切片。选取这样的排列组合方式主要是考虑到在满足考生切片各不相同,防止学生抄袭的前提条件下尽量达到考试公平公正的效果，尽量减少排列组合方式，以减少多套答案给老师判卷带来的不便。采用1张芯片上铺有10个器官的方式，这样可以极大地减少测试用切片的数量,减少学生摔坏切片的概率[14]；同时，由于40种切片的排列组合方式不同，期末切片考试前老师可以自由选择考试时间，无需将所有学生调课安排在1 d之内考完。由于40种切片的排列组合方式不同，每位同学与其他周围及对面学生的考试切片均不相同，考试期间学生不会交头接耳、相互抄袭，技术室老师无需在考试前花大量的时间挑选切片，监考的任课老师也可放心随意发片，不用考虑单双号的问题。由于40种切片的排列组合方式不同，克服了以往考试切片顺序单一、学生容易掌握切片答案顺序、容易泄露答案、每次需要制作补充考试片等一系列缺点，正所谓一举数得，一劳永逸。通过几年的应用，这种考试切片及考试方式受到广大教师和学生的赞扬和喜爱。
图4 考试组织芯片(包含10种器官)
A.10种器官组织石蜡包埋块;B.10种器官组织HE染色切片
2 组织芯片在基础科研当中的应用
2.1 传统科研切片的制作及应用 传统科研切片制作通常是在组织包埋时，一个器官包埋制作成一个蜡块，用轮转式石蜡切片机切片或平推切片机切片，一个器官制作在一张载玻片上，根据科研需要进行苏木精伊红染色、特殊染色、荧光染色、免疫组织化学染色、原位杂交染色等一系列染色手段，借助多功能显微镜或共聚焦显微镜等显微工具观察其结构特点并进行拍照分析(图5)。这种科研切片制作方式适合初学者或科研初期的预实验，不适合系统的大量的科研研究。
图5 传统科研切片
A.人子宫组织石蜡包埋块;B.人子宫组织HE染色切片
2.2 科研组织芯片的制作及应用 科研组织芯片是在组织包埋时，将不同实验组的多个器官包埋制作成一个蜡块，即多个器官制作在1张载玻片上，制作成1张组织芯片。组织芯片再根据实验需要进行苏木素伊红染色、特殊染色、荧光染色、免疫组织化学染色、原位杂交染色等一系列染色手段，借助多功能显微镜或共聚焦显微镜等显微工具，观察其结构特点并拍照，借助图像分析软件进行图像分析。当然，科研中的组织芯片制作技术相对比单一组织切片制作过程要复杂得多，需要实验者有较高的熟练操作技术水平，这在一定程度上也制约了组织芯片的发展和应用。本教研室主要进行基础研究，技术室老师在制作动物组织芯片方面积累了很多经验。经过多年的实践，熟练掌握了石蜡动物组织芯片包埋技术[15]，借助石蜡自动包埋机及包埋盒加上手工技术操作，不同实验组的同一种器官组织尽量多地包埋在一个蜡块内，用日本大和公司的平推切片机切片。遇到动物的心脏、血管、十二指肠等需要站立包埋的长条形组织块时，在石蜡自动包埋机的热操作平台上从左至右依次移动包埋低槽到中间的冷冻平台，使尽量多的组织垂直整齐摆放在一个蜡块内。如将7组实验小鼠的心脏每组4块或3块纵向排列，各组织间横向排列，共计25个小鼠心脏共同包埋在一个蜡块内，制成1张动物组织芯片(图6)。这种方式极大地减少了科研用黏附载玻片的数量，1张芯片上保证有不同实验分组的多个器官。既节约了科研人员的时间及抗体，又大大减少了人工操作的误差，保证了各个实验组之间实验条件的一致性，使得实验结果数据准确可靠，并具有可比性。多年来大量科研实践证明，利用组织芯片技术，可以将大量标本通过用尽量少的切片，一次性完成免疫组织化学染色，充分体现了其高效、快速、低消耗、实验误差小和可比性强的特点[16]。
图6 科研组织芯片(包含25个组织)
A.大鼠心脏组织石蜡包埋块;B.大鼠心脏组织HE染色切片
3 展 望
以上是本教研室近几年来采用组织芯片技术在教学科研当中的应用与体会。组织芯片技术在基础学科领域无论在教学还是科研中均具有不可比拟的优势，但其尚处在不断完善的过程中，随着组织芯片技术的广泛应用，在实际工作中要不断提高实验技能，不断总结经验，改进完善，进一步拓宽组织芯片的应用范围，从而提高组织芯片在基础教学及科研方面的利用率。
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