流式细胞仪(Flow cytometer??):直观地描述流式细胞仪就是一台高速自动化的荧光显微镜,核心的荧光染色、光学组成都是相通的,只是把载物台换成了流动的状态,后续分选仪器结合了电荷式原理为主的分选功能。
图1.流式原理和荧光显微镜
流式细胞术(Flow cytometry??):是利用单克隆抗体技术,将荧光标记的单克隆抗体和细胞表面或内部抗原相结合,单细胞悬浮液再上流式细胞仪进行信号检测,从而了解细胞内外各抗原表达情况的一种技术。当然除了用抗体标记也可以直接用荧光染料染色,对如核酸、钙流、膜电位等含量或变化信息进行捕获。也可以借助微球技术利用流式细胞仪实现多个可溶性蛋白如细胞因子、补体、趋化因子等高效同时检测。同时流式分选仪还可以对检测获得相关信息的特定细胞亚群进行分选操作。
方法学特点:单细胞水平,检测的信号都来自于单个独立的细胞;速度快,目前可达到上十万的分析分选速度,是单细胞水平研究的高速工具;细胞数量搜集多,根据靶细胞含量情况可以收集上万或上千万等不同数量的细胞信息,达到比较客观的统计学意义,同时对低含量细胞如CTC、MRD等细胞检测非常有帮助;参数多,目前传统流式已经可实现28c的指标检测,质谱流式可达40个左右指标的同时检测,还有光谱流式的出现,对单细胞水平的多信息多角度全面了解,提供了强大的研究工具。这些特点也使得流式细胞术在免疫学、细胞生物学、干细胞等诸多领域持续发挥着不可或缺的作用。
图2.荧光抗体标记识别不同细胞亚群
流式细胞仪的基本结构
组成??流式细胞仪硬件组成主要有三部,它们是:液流系统,光学系统,电子系统;以及后续还需要数据处理系统来存储、分析和处理采集到的信息。
图3.流式细胞仪的三大系统
液流系统??由流动室、样本流、鞘液、喷嘴和对应的管路等组成,其核心功能就是引导和聚焦目的细胞到检测区。流动室常用光学玻璃、石英等透明、稳定的材料制作,设计和制作均很精细,是液流系统的心脏;样品管贮放样品,单个细胞悬液在液流压力作用下从样品管流向流动室;鞘液主要是PBS溶液,由鞘液管路流向流动室,在进入流动室时和样本流相遇,但鞘液是包裹在样本流外围,束缚样本流形成流体力学聚焦现象,即单个细胞排着队一个一个从激光照射区经过,这是流式细胞术能够实现单细胞水平信号分析的基础。分析型仪器后续液流直接进入废液桶,分选型仪器液流会紧接着从喷嘴喷出形成稳定液滴,后续再对包裹目的细胞的液滴进行分选的步骤。
图4.流式细胞仪的液流系统
图5.流动室里的流体聚焦
光学系统??主要由光源和光的接收系统两部分组成,光源主要是激光器,激光器根据波长不同主要有355、375、405、488、532、561和640nm这几种,其中最为常的见是488、640和405nm三种。光的接收系统主要由长通、短通和带通滤光片组成,从而实现不同激光器激发的不同波长的信号得以区分,并进入到对应的检测通道,经过PMT或其他元器件放大处理。有一些仪器的光源是直接在空气中传播,经由棱镜或聚焦镜改变方向或聚集能量,到达流动室;另一些是通过光纤结合棱镜来引导光源到流动室激发细胞上荧光染料,此为前光纤;细胞被照射后产生的荧光信号也可以通过光纤或空气中传播引导到接收器里去的,此为后光纤。
图6.光源由光纤引导到流动室
图7.光接收系统举例
电子系统??结合到细胞上的荧光染料在激光激发下产生的光子通过光电转换器转变成电信号而进行测量的。光电倍增管(PMT)最为常用,近几年也有使用雪崩二极管(APD)的仪器推出。PMT和APD会对原始的应该信号进行指数级的放大,后续电子系统还会对每个细胞在每个检测通道里产生的波峰信号进行H/A/W等数据的相关运算,再变成数字信号储存在电脑里,待后续分析使用。
数据处理系统??包括计算机和专业的流式数据采集或数据分析的软件系统。每个经过照射区的颗粒在仪器的每个接收通道里都对应有一个代表信号强弱的数值记录下来,最终形成一个矩阵形式的数据,存储成较统一的FCS或LMD格式数据文件。数据可以用仪器自带的采集软件进行简单的基础分析,或者使用功能更为强大的专门的分析软件进行更复杂和批量处理的分析。常见的独立分析软件包括有Flowjo、Kaluza、FCSExpress、Cytobank、Infinicyt和Modfit等。通过分析软件把数据以合适的图形呈现并获得统计结果。
图8.流式结果的动态展示
图9.流式结果的比对展示
图10.流式数据结果展示
编者语:
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