设备名称: BD FACSAria III cell sorter(流式细胞分选仪)
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流式细胞技术(flow cytometry,FCM)是利用流式细胞仪进行的一种单细胞定量分析和分选技术。是一种在液体系统中,测定单个细胞或细胞器的生物、物理和化学特性,并根据这些特性将所需要的细胞或细胞器进行定量分析和分选的技术。它是一种可以检测细胞或者生物学颗粒的多种特性的技术,用来了解细胞群的均值和分布情况,并还可以分选感兴趣的细胞、对该细胞做进一步的培养研究。工作原理是在细胞分子水平上通过单克隆抗体对单个细胞或其他生物粒子进行多参数、快速的定量分析。它可以高速分析上万个细胞,并能同时从一个细胞中测得多个参数,具有速度快、精度高、准确性好的优点。
1.分析速度快:普通流式细胞仪检测5000个细胞/每秒,大型机可达几万个细胞/每秒;
2.荧光检测灵敏度高:单个细胞上<600个荧光分子,两个细胞间的荧光差>5%即可区分;
3.前向角散射(FSC)光检测灵敏度高:FSC反映被测细胞的大小,一般流式能够测量到0.2μm-0.5μm;
4.分辨率高:通常用变异系数CV值来表示,流式细胞仪能够达到<2.0%,这也是测量标本前用荧光微球调整仪器时要求必须达到的;
5.分选速度快:流式细胞仪分选速度>1000个/秒,分选细胞纯度可达98%以上。
1. 生物细胞学(常被用于细胞周期和细胞凋亡的检测)
细胞周期检测:流式中常用碘化丙啶(PI)与DNA结合,其荧光强度与DNA含量成正比,进而反映细胞的增殖状态。如图左,检测分析可得到细胞周期的三个时相(G0/G1、S和G2/M期)的细胞数量。
细胞凋亡检测:利用Annexin-V能与PS高亲和力结合的能力,可以区别凋亡及坏死细胞,因此使用结合FITC的Annexin-V和PI,就可以区分存活的早期细胞和坏死或晚期凋亡细胞。见图右,Q1区PI单阳性为坏死细胞,Q2区为PI、Annexin-V双阳性细胞群为晚期凋亡细胞,Q3双阴性细胞群为正常细胞,Q4区为Annexin-V单阳性细胞群为早期凋亡细胞。
图左 血细胞的周期分析 图右 细胞凋亡
2. 免疫学
流式细胞术在淋巴细胞及其亚群分析中得到广泛的应用,可同时检测一种或几种淋巴细胞表面抗原。如利用细胞特异性表面标记和分泌的细胞因子等划分细胞亚群,可以研究不同情况下机体的免疫状态及特定细胞群体的免疫功能。
如图左,将不同淋巴细胞亚群区分开来,并可计算其比例,如此次检测中T细胞中CD4阳性的细胞比例为17.53%、CD8细胞的占比为8.31%,CD4、CD8双阳的细胞为0.16%;图右:流式检测CD8阳性T细胞亚群被激活后分泌细胞因子IFNγ和TNFa。
图左 T细胞亚群的划分 图右 特异性细胞亚群分泌细胞因子
3. 临床医学
临床医学工作中,流式既可以粗略判断细胞群体的变化,也可以精确检测异常细胞群。
根据细胞的大小和颗粒度对未染色的新鲜血液细胞进行简单的分析:如图左,绿色区为细胞个体较小,直径6-8μm的淋巴细胞,占白细胞总数的20%-30%;蓝色区为体积最大的单核细胞,直径14-20μm,占白细胞总数的3%-8%;紫色区粒细胞细胞核的形态多样,结构相对复杂,占白细胞总数的50%-70%,直径10-12μm。
监测生理过程:如图右,使用流式细胞仪定量检测 CD34+ 造血干细胞的含量(阳性细胞群P2),来决定动员干细胞及采集最佳时间,一般外周静脉血有核细胞中CD34+细胞达到0.001(0.10%)以上时,可以考虑造血干细胞单采术。这也成为监测动员干细胞和计数移植中造血干细胞数量的有效、精确的工具。
图左 血细胞分类 图右 CD34+造血干细胞
临床免疫性疾病的辅助诊断:流式最大的优点就是特异性和敏感性都很好,检测速度快。临床可通过分析CD55、CD59在粒细胞、红细胞上的表达情况,辅助诊断再生障碍性贫血、阵发性血红蛋白尿(PNH);T4和T8淋巴细胞比例改变(T4细胞大量减少)是诊断艾滋病(获得性免疫缺损综合征)的重要特征;还可以通过淋巴细胞亚群检测(免疫功能检测,检测T\B\NK细胞)),判断免疫缺陷病、肿瘤病人化疗后的免疫力、及进行病毒细菌感染后免疫状态的评价等。
4. 流式细胞术在临床免疫治疗的应用
近年来,CAR-T细胞免疫疗法,在急性白血病和非霍奇金淋巴瘤的治疗上的显著疗效,使其被认为是最有前景也是最热门的肿瘤治疗方式之一。
在CAR-T细胞制备过程中,流式技术至关重要。如:T细胞亚群是从外周血分离的PBMC,因个体差异其细胞成分差异很大,需经过磁珠或流式分选纯化最终获得100%的T细胞;又如要保证病人使用的为来自自身的细胞,必须通过流式细胞术等手段检测CAR表达,来鉴别其为表达CAR的自身T细胞;CAR-T细胞回输采用剂量分次输注,从小到大(中位数1×108)的方式,将制备好的CAR-T细胞回输给患者,流式细胞精确计数方面有独特的优势;CAR-T回输后有患者出现细胞因子释放综合征(cytokine release syndrome, CRS),T、B淋巴细胞、NK/T细胞和巨噬细胞等释放大量的细胞因子、趋化因子,而这些炎症介质导致的炎性反应会引起组织损伤,导致微血管病变、心脏衰竭甚至死亡,流式可通过检测免疫细胞及细胞因子、趋化因子等,严密监控患者是否发生CRS及感染。由此可见流式细胞术在CAR-T制备、输注后监测都有着重要的作用。