分子病理应用的检测样本主要包括石蜡组织、新鲜组织、脱落细胞、全血及其他体液等。石蜡切片标本厚度应在4-6μm，切片数量依据组织大小而定。样本质量对检测结果和分析至关重要，病理医师需要对可评估的样本进一步明确病理诊断，并评价标本有无出血、坏死和不利于核酸检测的前处理(例如含HCl脱钙液处理)，病变细胞(如细胞)的总量和比例，避免假阴性。进行NGS检测前需通过病理诊断明确其的性质及含量，根据不同类型选择合适的基因panel测序。组织标本中细胞含量建议达到20%以上，低于此标准可富集后检测。未经病理评估的基因检测结果不可单独用于分子病理临床诊断目的。
多彩色荧光原位杂交(multicolorfluorescenceinsituhybridization，酵母双杂交技术服务，mFISH)。它用几种不同颜色的荧光素单独或者混合标记的探针进行原位杂交，能同时检测多个基因，扩大了FISH技术的临床应用。FISH技术目前主要应用于染色体和DNA水平上的病理诊断检测。染色体FISH主要检测染色体易位、缺失、重复、变异等;DNAFISH主要是检测基因突变、扩增、易位、缺失。与原位杂交技术相比，FISH更加安全、快速，特异性好、定位准确。
应用于分子病理诊断的DNA测序技术有直接测序法和焦磷酸测序法。直接测序技术主要是Sanger等发明的双脱氧链末端终止法。其原理就是根据核苷酸在某一固定的点开始，随机在某一个特定的碱基处终止，产生A、T、C、G4组不同长度的一系列核苷酸，然后在尿素变性的PAGE胶上电泳进行检测，从而获得DNA序列。直接测序法是基因突变检测的“金标准”，其优点是结果准确，重复性好，可检测整个测序范围内已知和未知突变点;缺点是步骤多，耗时长，灵敏度低，过程不易控制，在检测已知突变位点方面将逐渐被荧光定量PCＲ法替代。
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