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流式细胞检测技术发展和展望

返回列表 来源: 发布日期: 2023.03.17
基本概念

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。流式细胞术是单克隆抗体及免疫细胞化学技术、激光和电子计算机科学等高度发展及综合利用的高技术产物。现已普遍应用于免疫学、血液学、肿瘤学、细胞生物学、细胞遗传学、生物化学等的基础,临床研究和临床诊断等的各个领域。

流式细胞术系统组成
光学系统:包括激发光源和光束收集系统;

液流系统:包括流动室和液流驱动系统;

电子系统:包括光电转换器和数据处理系统。

多色系统通常有20个参数(FSC, SSC和18个荧光探测器)。有一些平台已经引入了更新的平台,配备5个或更多激光和30 - 50个参数,但这些不太常见。传统流式细胞仪最常用的激光有355 nm(紫外线),405nm(紫色),488 nm(蓝色)、532nm(绿色)、552nm(绿色)、561 nm(绿色-黄色)和640nm(红色)等。此外,还有一些仪器使用光电二极管(APD)取代了传统的PMT广电倍增管,进一步提高灵敏度。

流式细胞术发展历史



流式细胞术应用

免疫学:流式细胞术可以用于研究细胞周期或DNA倍体与细胞表面受体及抗原表达的关系;进行免疫活性细胞的分型与纯化;分析淋巴细胞亚群与疾病的关系;免疫缺陷病如艾滋病的诊断;器官移植后的免疫学监测等。
细胞生物学:流式细胞术可用于定量分析细胞周期并分选不同细胞周期时相的细胞;分析生物大分子如DNA、RNA、抗原、癌基因表达产物等物质与细胞增殖周期的关系,进行染色体核型分析,并可纯化X或Y染色体。
肿瘤学:流式细胞术可以根据DNA倍体含量测定鉴别良、恶性肿瘤的特异指标;DNA倍体测定技术,可以对白血病、淋巴瘤及肺癌、膀胱癌、前列腺癌等多种实体瘤细胞进行探测;用单克降抗体技术清除血液中的肿瘤细胞。
血液学:流式细胞术可用于血液细胞的分类、分型,造血细胞分化的研究,血细胞中各种酶的定量分析,如过氧化物酶、非特异性酯酶等;用NBT及DNA双染色法可研究白血病细胞分化成熟与细胞增殖周期变化的关系,检测母体血液中Rh factor或抗D抗原阳性细胞,以了解胎儿是否可能因Rh血型不合而发生严重溶血;检测血液中循环免疫复合物可以诊断自身免疫性疾病,如红斑狼疮等。

药物学:流式细胞术可以检测药物在细胞中的分布,研究药的作用机制,亦可用于筛选新药,如化疗药物对肿瘤的凋亡机制,可通过测DNA凋亡峰,Bcl-2凋亡调节蛋白等。

发展趋势

临床流式细胞分析已成为检验医学发展的一个热点,其发展趋势主要体现在以下几个方面。

从相对细胞计数到绝对细胞计数
流式细胞绝对计数在临床可开展的项目包括:①淋巴细胞亚群,尤其是T淋巴细胞亚群的绝对计数。②外周血或骨髓中造血干/祖细胞的绝对计数。③血液中网织红细胞的绝对计数。④血液中血小板数量,尤其是血小板减少症  患者血小板的绝对计数,此种计数优于血细胞分析仪法,已成为血小板计数  的国际推荐参考方法。此外,可能出现在血液中的其它一些稀少细胞(如内皮细胞、转移的肿瘤细胞等)的计数,也将发展为流式细胞绝对计数。流式细胞绝对计数的开展对临床疾病的诊断、治疗等有重要意义。
从相对定量到绝对定量分析
由于流式细胞仪每次的仪器状况可出现差异,每个实验室所用仪器的类型也不尽相同,因此,以MFI或RFI表示细胞抗原或受体的表达量缺乏可比性。所以定量流式细胞术(Quantitative Flow Cytometry,QFCM)逐渐得到发展,定量分析主要有两种:①定量抗体微球法②定量荧光素分子微球法。主要应用在白血病原始细胞膜的CD45分子表达量低于正常淋巴细胞,活化血小板膜CD62P、CD41分子数显著高于静止血小板,活化淋巴细胞的CD69分子数显著增高,活化中性粒细胞  膜CD64分子数显著高于静止中性粒细胞,强直性脊柱炎患者T淋巴细胞膜HLA-B27分子数明显增高。CD8+T淋巴细胞膜的CD38分子数增高是慢性HIV感染者  病情发展或死亡的更有力的预后指标;AIDS治疗有效后,CD8+T淋巴细胞CD38分子数显著降低。
从单色到多色荧光分析
流式细胞分析已从最初的间接免疫荧光染色、单色或双色直接荧光染色,迅速发展到三色、四色甚至五色或六色荧光分析,使得对细胞亚群的识别和分选、细胞功能评价等更为精确。淋巴细胞亚群  的分析、白血病免疫表型分析,均应使用至少三色以上的荧光分析才更可靠。所以多色荧光分析是流式细胞技术发展的必然趋势,有条件时应尽可能地采用。
分子表型分析

分子表型分析(Molecular Phenotyping)是指用流式细胞技术检测细胞中特异性核酸序列或特异性基因异常。流式分子表型分析与免疫表型分析技术相结合,为所选择细胞亚群的特异性核酸序列(如癌基因、病毒核酸等)检测提供了一种非常有用的工具,具有广阔的应用前景。流式分子表型与免疫表型分析结合的基本技术路线是:①待测细胞首先与特异性细胞亚群的单克隆抗体反应,②固定并渗透细胞,③通过PCR进行引物特异的核酸序列扩增,④应用对扩增产物的特异性寡核苷酸荧光素标记探针进行荧光原位杂交(FISH),⑤加入针对细胞亚群单抗的荧光素标记的第二抗体。⑥流式细胞仪检测及数据分析。例如,流式细胞免疫表型与聚合酶链反应及荧光原位杂交(PCR-FISH)结合测定血液CD4+细胞中HIV特异的DNA或RNA,对于AIDS的病程监测、治疗反应以及预后等具有重要价值。

迈杰医学流式细胞经验展示

迈杰医学细胞中心拥有三台BD FACSCanto Plus,一台beckman Cytoflex LS,最多可以进行19色共染。同时迈杰提供实验方案设计、抗体Panel设计、方法学开发及结果验证等定制化服务,并由经验丰富的流式细胞术专家负责检测结果的解读,为临床研究提供全面支持。  

免疫细胞分型

通过流式细胞仪分析淋巴细胞免疫表型,对于了解淋巴细胞的分化、功能,鉴别新的淋巴细胞亚群有重要价值;更重要的是,通过研究大多数疾病的特异性淋巴细胞亚群或某些细胞表面标志的存在、缺乏、过度表达等,对一些疾病,如免疫性疾病、感染性疾病、肿瘤等诊断、治疗、免疫功能重建和器官移植检测有重要的临床意义。

受体占位

在非临床和临床生物制药研究领域中,反映药效的生物标志物研究数据通常通过设计一种细胞上的药物与药物作用靶点的受体占位实验而获得。受体占位实验有三种不同的形式:自由的,药物占据的和总受体的评估实验。

1.  通过检测已与受体结合的药物水平和总受体水平,计算受体占有率。

2.  通过检测游离受体水平和总受体水平,计算受体占有率。

3.  通过检测给药后游离受体水平,与给药前游离受体水平进行比较来计算受体占有率

CAR-T细胞治疗 PK/PD

嵌合抗原受体(Chimeric antigen receptor,CAR)-T 细胞(CAR-T)是指通过基因修饰技术,使用病毒等载体将带有特异性抗原识别结构域、铰链区、跨膜区、共刺激信号激活区等遗传物质转入自体或异体 T 细胞形成的。CAR-T 回输到患者体内后,可与肿瘤细胞表面特异性抗原相结合而激活,通过释放穿孔素、  颗粒酶等直接杀伤肿瘤细胞达到治疗肿瘤的目的。

流式细胞术在CAR-T细胞免疫治疗相关检验中的应用如下表:

胞内核内因子

细胞因子是由多种细胞产生的一组低分子量可溶性蛋白。它们包括白介素,干扰素,趋化因子,肿瘤坏死因子等,在调节人体的免疫反应中起重要作用。细胞活化的最终结果是产生细胞因子,根据检测指标和标本的不同,需要选择不同的刺激剂和刺激时间,以获得最佳的实验结果。下表提供了检测一些常用细胞因子的推荐的活化方法。

微小残留MRD
MRD(Minimal Residual Disease),即微小残留病灶,是指癌症治疗后残留在体内的少量癌细胞(对治疗无反应或耐药的癌细胞)。残留的癌细胞数量可能很少,不会引起任何体征或症状(但它们有可能导致癌症复发),甚至无法通过传统方法检测到,例如在显微镜下观察细胞和/或追踪血液中的异常血清蛋白标志物(肿瘤标志物);注意的是,现在NCCN指南和欧洲专家共识中MRD有时也指Measurable Residual Disease,即可测量残留病灶;
微小残留MRD相关检测方案

流式细胞术是以流动中的细胞或颗粒为测量对象,能够在短时间内提供具有统计意义的单细胞、颗粒或聚合体的测量数据。目前流式细胞术技术发展已经成为生物学研究、新药研究,医疗诊断等多领域不可或缺的技术,其检测性能、多参数测量能力和分选能力得到了显著发展;流式细胞术应用领域快速扩展,包括应用于细菌、微生物检测、常规细胞数量及功能检测,临床疾病诊断和监测,肿瘤免疫机理研究、免疫疗法和生物制药等广泛领域;流式细胞术正在广阔的领域里持续发挥着重大的作用和不可替代的贡献。

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