Исследования хромосом можно проводить на любых делящихся клетках, содержащих ядро. Для визуализации хромосом необходима конденсация хроматинного материала, которая происходит в процессе деления во всех клетках. Цитогенетические исследования обычно проводят на лимфоцитах крови, однако при подозрении на мозаицизм рекомендуется исследование фибробластов. С целью пренатальной диагностики исследования хромосом проводят на материале клеток амниотической жидкости, ворсин хориона или крови плода; в случае предымплантационного пренатального диагноза исследуют бластомеры.
Кариотипирование — это определение кариотипа, проводимое с помощью фотографического или компьютерного изображения предварительно окрашенных хромосом клетки. Клетки культивируют, деление останавливают на стадии метафазы митоза, фиксируют и прокрашивают. Если необходимо рассмотреть тонкие детали, возможно исследование хромосом в профазе. Поскольку хромосомы в профазе длиннее и менее конденсированы, определяется 600-1200 полосок, в то время как в метафазе на хромосомах обычно видно только 400-600 полосок. Обработка трипсином с окрашиванием по Гимзе называется методом G-бэндинга, а акрихин обеспечивает Q-бэндинг (флюоресцентный). Для демонстрации центромер используют специальные методы окрашивания.
Гибридизацию in situ – метод исследования хромосом, который применяют для выявления наличия или отсутствия специфических нуклеотидных последовательностей ДНК в хромосомных нитях. Молекулярный зонд используют для распознавания и гибридизации с гомологичной последовательностью ДНК на хромосоме, что позволяет идентифицировать определенную хромосому, хромосомный участок или последовательность ДНК. Если используется флюоресцентный зонд, то метод исследования хромосом называется FISH.
Сравнительная геномная гибридизация — метод молекулярного цитогенетического анализа, позволяющий составить одновременно каталог всех хромосом. Исследуемую ДНК изолируют из одиночной клетки (и мультиплицируют посредством ПЦР) или из множества клеток пациента и сравнивают с референтной ДНК, полученной от здорового индивида. Тестируемую и референтную ДНК метят разными флюоресцентными красителями, соответственно зеленым и красным флюорохромом, и затем проводят одновременную гибридизацию исследуемой и референтной ДНК с нормальными хромосомами. Флюоресцирующие изображения хромосом позволяют определить соотношения зеленого и красного цвета и таким образом идентифицировать избыточный или отсутствующий хромосомный материал.