Để nghiên cứu biến loạn NST cĩ nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp di truyền tế bào, phương pháp Vi nhân (MN), ngưng tụ sớm NST(PCC), lai tại chỗ đánh dấu huỳnh quang (FISH) và phương pháp phân tích sao chổi...mỗi phương pháp đều cĩ những ưu việt riêng. Ứng dụng phương pháp nào là tùy từng mục đích nghiên cứu khác nhau.
Phương pháp di truyền tế bào
Tế bào được nuơi cấy in vitro và sau đĩ làm tiêu bản NST. Phương pháp do Moorehead và Nowell phát minh năm 1960, được đánh giá là một trong 3 thành tựu thúc đẩy sự phát triển vượt bậc của ngành di truyền học tế bào trong nghiên cứu y sinh học và mơi trường ở thế kỷ XX. Năm 1982 phương pháp này được Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế triển khai ứng dụng nuơi cấy tế bào lympho máu ngoại vi để phân tích những biến loạn NST của những nạn nhân cĩ liên quan đến phĩng xạ và trong nghiên cứu đánh giá liều sinh học. Ngồi ra, phương pháp nuơi cấy tế bào cịn được ứng dụng trong nuơi cấy tế bào tủy xương để đánh giá bệnh phĩng xạ cấp hoặc một số bệnh về máu, kỹ thuật này dễ nuơi cấy, nhưng lấy mẫu phức tạp, gây
đau đớn cho bệnh nhân. Do vậy, chỉ sử dụng nuơi cấy tủy xương trong những trường hợp đặc biệt.
Kỹ thuật nuơi cấy tế bào dịch ối trong xét nghiệm chẩn đốn bệnh di truyền cĩ độ nhạy và độ đặc hiệu cao, được coi là tiêu chuẩn vàng trong xét nghiệm sàng lọc trước sinh cho những thai phụ cĩ tuổi cao hoặc xét nghiệm xác định những trường hợp cĩ nghi ngờ và thai phụ cĩ tiền sử điều trị bằng dược chất phĩng xạ. Tất cả các mẫu sau khi nuơi cấy được thu hoạch, trải lam và sử dụng những kỹ thuật nhuộm giêmsa khác nhau như: nhuộm giêmsa thường quy, nhuộm băng G, nhuộm băng C, băng Q, băng R tùy theo mục đích nghiên cứu. Kỹ thuật này cĩ thể triển khai thuận tiện ở các phịng xét nghiệm, cĩ độ chính xác cao trong chẩn đốn bệnh di truyền và nghiên cứu liều sinh học thơng qua biến loạn NST [7], [8], [9], [40], [81], [108].
Độ nhạy cao của phương pháp cĩ thể lý giải trước tiên là do các biến loạn NST phản ánh chính xác tổn thương cấu trúc của bộ phận chính chịu trách nhiệm về hoạt động sống của tế bào. Các tổn thương NST do phĩng xạ cĩ thể phân tích phát hiện được dưới kính hiển vi và cĩ thể phân loại theo kiểu tổn thương. Tần suất biến loạn cấu trúc NST là một chỉ tiêu đã được xây dựng giúp cho việc đánh giá mức độ tổn thương tế bào do phĩng xạ gây ra, đồng thời nĩ cịn là chỉ tiêu đánh giá kết quả điều trị bệnh phĩng xạ và chẩn đốn nguy cơ một số bệnh di truyền.
Phương pháp này chỉ cĩ ý nghĩa khi liều chiếu tồn thân dưới 5Gy. Vì nếu bị chiếu liều lớn trên 5Gy, hầu hết các tế bào đều cĩ tổn thương NST.
Phương pháp phân tích vi nhân (MN)
Phương pháp được Countryman và Heddle (1976) đề xuất để đánh giá mức độ biến loạn NST ở tế bào lympho máu ngoại vi. Năm 1985 Fenech, Morley cải tiến thành phương pháp ức chế động học tế bào trên tế bào được tạo hai nhân (Cytokinesis block method in binucleated cells).
Việc đánh giá tổn thương dựa vào mối tương quan giữa tần số MN và liều chiếu xạ. Phát hiện tế bào bạch cầu tạo hai nhân bằng cách dùng chất ức chế phân bào ở kỳ sau là cytochalasin –B [63]. Khi số lượng biến loạn NST tăng sau khi chiếu xạ thì tần suất các vi nhân được phĩng thích từ nhân cũng tăng lên. Nên khi xác định được tần suất vi nhân ta cũng cĩ thể lượng giá được mức độ biến loạn NST. Tuy nhiên, so với phương pháp đánh giá biến loạn NST trực tiếp thì phương pháp này là phương pháp gián tiếp và cĩ độ nhạy thấp hơn [24], [49], [133].
Phương pháp lai tại chỗ đánh dấu huỳnh quang (FISH)
Dùng mẫu dị ADN chuyên biệt lai với những vị trí xác định trên NST ở kỳ trung gian hoặc kỳ giữa. Các NST sau khi lai đánh dấu được nhuộm huỳnh quang. Các NST bắt màu khác nhau. Trên cơ sở đĩ cĩ thể phát hiện chính xác biến loạn NST và xác định được liều hấp thụ sau khi đối tượng khơng cịn tiếp xúc trong thời gian dài với nguồn bức xạ vì phương pháp này phát hiện được cả những biến loạn NST bền. Gần đây phương pháp sử dụng cùng lúc lai tại chỗ đánh dấu huỳnh quang đa màu (mFISH) đã nhận biết được sự sắp xếp lại của NST hoặc những biến loạn cấu trúc phức tạp hơn [33], [34], [44], [45], [63], [105], [121]. Phương pháp này phức tạp, giá thành cao cho nên khĩ cĩ thể triển khai thường quy [2], [66], [78], [79], [123].
Phương pháp phân tích sao chổi (Comet assay)
Phương pháp này do Olive P.L., Bauch và CS. mơ tả (1991) [89], [98] và được ứng dụng để nghiên cứu mức độ tổn thương ADN. Đây là phương pháp thăm dị nhanh, nhạy với mức độ đứt gãy ADN của từng tế bào riêng biệt dựa trên nguyên lý: ADN đứt gãy do các tác nhân khác nhau: bức xạ, hố chất… đoạn đứt ADN mang điện tích âm sẽ di chuyển về phía cực dương khi làm điện di trên gel. Sau khi điện di ADN được nhuộm huỳnh quang. Hình ảnh thu được của mỗi tế bào giống như hình ảnh của sao chổi, với đầu sao
chổi là nhân tế bào, cịn phần đuơi là ADN bị đứt gãy di chuyển xa nhân về cực dương tạo thành. Đậm độ và kích thước phần đuơi phụ thuộc vào số lượng và kích thước các đoạn đứt [89].
Phương pháp ngưng tụ sớm nhiễm sắc thể (PCC)
Phương pháp PCC được R.C.Vyas, F. Darroudi và A.T. Natarajan (1991) sử dụng kỹ thuật hồ các tế bào bị chiếu xạ ở gian kỳ với các tế bào khơng bị chiếu xạ ở tiền phân bào. Hoặc hồ tan tế bào ở gian kỳ của tế bào lympho người giai đoạn Go với tế bào buồng trứng chuột Trung Quốc giai đoạn gián phân (CHO), hay tế bào Hela khi sử dụng virút Sendan hoặc Polyethylen glycon làm chất hồ tan [33], [63], [69]. Tế bào tiền phân bào sẽ nhanh chĩng đi vào kỳ trước của phân bào, NST của cả hai loại tế bào sẽ ngưng tụ.
Kỹ thuật dùng hĩa chất để thúc đẩy PCC là sử dụng chất ức chế ADN phosphoryl hố như axít okadaic hoặc calyculin A [35], [69], [103]. Phương pháp PCC cho phép quan sát trực tiếp đứt gãy NST do tác động của bức xạ trên tế bào lympho máu ngoại vi người ở gian kỳ khơng cần kích thích. Đây là phương pháp hữu hiệu để thăm dị quá trình hồi phục đứt gãy NST hoặc phát hiện những nhầm lẫn gây biến loạn NST tạo nên trong quá trình hồi phục sau điều trị phĩng xạ liều trung bình.
Sử dụng phương pháp này kết hợp với kỹ thuật nhuộm quy ước như nhuộm băng C hay phương pháp lai tại chỗ đánh dấu huỳnh quang cho phép xác định được đứt gãy, NST hai tâm, vịng cũng như chuyển đoạn. Phương pháp này thực hiện khĩ, tế bào gián phân cần chất phản ứng và chỉ sử dụng trong trường hợp bị chiếu loại bức xạ cĩ độ truyền năng lượng tuyến tính thấp như tia gamma, tia X... [ 35], [62], [69].