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CyTOF质谱流式细胞仪

1、产品简介 

 CyTOF2质谱流式细胞仪是新一代的多参数流式细胞仪。它率先使用金属元素做为流式抗体、染料的标志物,利用质谱对标记细胞进行定量检测。

这一新技术的应用,一方面使流式检测通道数量大幅提高到了上百个,提升了从单个样品获得的信息量;另一方面避免了通道间信号的干扰,大大简化了实验设计,提升了数据的可靠性。

信号分子检测数量的增加意味着对细胞群内的表型进行更精准的观察和分类,意味着对细胞株的均一性有更准确的认识,也意味着对细胞内信号转导网络有更清晰的了解;同时它也为单细胞蛋白质组的发展提供了新的研究手段

 

 

2、仪器原理

CyTOF质谱流式细胞仪的原理如下图所示,它采用金属元素标记物(通常是金属元素标记的特异抗体或者染料)标记或识别细胞表面和内部的信号分子,然后用流式细胞原理分离单个细胞,再用感应耦合等离子质谱(ICP-MS)观察单个细胞的原子质量谱,最后将原子质量谱的数据转换为细胞表面和内部的信号分子数据,并通过专业分析软件对获得的数据进行分析,从而实现对细胞表型和信号网络的精细观察[4]

 

 

3、应用实例

 

(1)实现了骨髓等复杂细胞群体的精细免疫分群

        质谱流式细胞术实现了单个细胞上42个参数的同时测定;通过对13个表面抗原表达情况分析,首次对人骨髓细胞群进行高精度的分型,全景展示了骨髓中造血系统不同分化阶段细胞的具体组成 [3]。

 

    上图显示的是CyTOF人骨髓细胞的分型,圆圈的大小表示各群细胞所占的比例,颜色反映CD45RA在相应群体中的表达水平。

 

(2)系统分析骨髓细胞群体信号通路     

在精细分群的基础上,CyTOF还可以检测细胞内各个信号分子的水平从而实现对细胞内信号通路的系统性分析:

 

         如图中所示,在IL-7处理的条件下,骨髓细胞中T细胞内pSTAT5的水平明显升高[3]。

 

 (3)研究基因在分化、发育过程中的表达变化

       下图显示Pre-B细胞向成熟B细胞分化过程中,多个蛋白的表达变化情况 [3]:

 

                                  

 

(4)研究细胞亚群之间的功能联系

       CD8+T细胞25Marker的表达数据经PCA处理后,自动聚集成四个相连的细胞群。形象的说明了T细胞成熟的四个阶段是一个连续的过程[1]:

                                                                            

 

(5)高通量药物筛选

     结合Barcorde细胞标记技术,CyTOF可以一次检测96个不同的样品,通过对其20多个表面标志和信号分子的检测,细致分析各亚群细胞对每个药物的不同反应,实现高通量的药物筛选[2]。

 

4、相关文献(附全文)

1. Newell, E.W., et al.,  Cytometry by time-of-flight shows combinatorial cytokine expression and virus-specific cell niches within a continuum  of CD8+ T cell phenotypes.  Immunity. 36(1): p. 142-52. 下载

 

 

2. Bodenmiller, B., et al.,  Multiplexed mass cytometry profiling of cellular states perturbed by small-molecule regulators.  Nat Biotechnol. 30(9): p. 858-67.下载

 

3. Bendall, S.C., et al.,  Single-cell mass cytometry of differential immune and drug responses across a human hematopoietic continuum.
 Science. 332(6030): p. 687-96. 下载

 

4. Bendall, S.C. and G.P. Nolan, From single cells to deep phenotypes in cancer. Nat Biotechnol. 30(7): p. 639-47.下载

 

 

 

产品优势

 

传统的流式细胞仪主要基于对荧光基团的检测。荧光基团发射光谱一般比较宽,其间往往会发生重叠,一方面限制了检测通道的数量(<20个);另一方面,带来严重的串色问题,需要复杂的补偿计算。由于采用了新的技术体系,与传统流式细胞技术相比,质谱流式细胞技术具有以下优势:

             第一、通道数量增加到上百个   

   质谱流式细胞仪中的ICP质谱装置具有非常宽的原子量检测范围(88210Da),因此可以同时检测上百个不同的参数。

 

   第二、通道间无干扰,无需计算补偿

   ICP质谱具有超高的分辨能力,可以完全区分开用来标记的各种元素(如右图所示)。这样不仅使实验流程得到简化,也节约了标本和试剂。

 

   第三、金属标签数量多,并具有极低的背景

   目前用来标记抗体的金属标签有30多种,随着技术进步,更多元素可以用来作为标签,其种类会进一步增加。

 

   第四、多样化的数据处理方式,实现对样品的深入分析

   质谱流式细胞仪通道数量的激增带来信息量的成倍增长。传统的流式分析方法已经不能完全满足需要,所以需要对数据进行各种降维处理,提取出其中包含的有用的生物学信息。常用的分析方法有:SPADEPCAviSNE以及Gemstone等。

仪器参数:

通道数量:120

质谱丰度灵敏度: M±1通道上约0.3%

仪器稳定性:同一样品重复结果CV<3%

线性动态范围: 4.5OD

主题:CyTOF质谱流式细胞仪
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