流式细胞术(言)

流式细胞术

流式细胞术(flowcytometry,FCM)是以流式细胞仪为检测手段的一项能快速、精确的对单个细胞理化特性进行多参数定量分析和分选的新技术。

流式细胞术最大的特点是能在保持细胞及细胞器或微粒的结构及功能不被破坏的状态下，通过荧光探针的协助，从分子水平上获取多种信号对细胞进行定量分析或纯化分选。细胞不被破坏，测量快速、大量、准确、灵敏、定量流式细胞术的特点

流式细胞仪是测量染色细胞标记物荧光强度的细胞分析仪，是在单个细胞分析和分选基础上发展起来的对细胞的物理或化学性质（如大小、内部结构、DNA、RNA、蛋白质、抗原等）进行快速测量并可分类收集的高技术。第一节流式细胞仪BDFACSCalibur(BD流式细胞仪）采用激光作为激发光源，保证其具有更好的单色性与激发效率；利用荧光染料与单克隆抗体技术结合的标记技术，保证检测的灵敏度和特异性；用计算机系统对流动的单细胞悬液中单个细胞的多个参数信号进行数据处理分析，保证了检测速度与统计分析精确性。一、工作原理

（1）液流系统（2）光学系统（3）数据处理系统1.流式细胞仪的基本结构：由样本和鞘液组成待测细胞 单个细胞的悬液 荧光染料标记的单抗对其染色受清洁气体压力 从样品管进入流动室形成样本流鞘液：辅助样本流被正常检测的基质液。主要作用是包裹样本流的周围，保持样本流中细胞处于喷嘴中心位置，防止其靠近孔壁而阻塞喷孔。

（1）液流系统液流中心由单列匀速运动颗粒组成的液柱液流驱动系统（示意图）流速与压力的关系服从Bernoulli方程，即P=(1/2)V2

(忽略高度的变化)。改变气压,就可获得不同的流速。

FCM的液流系统（如何形成单个细胞流）样本管鞘液管喷嘴FluorescencesignalsFocusedlaserbeam鞘液液流系统示意图激光光源：气冷式氩离子激光器分色反光镜：反射长/短波长，通过短/长波长光束成形器：两十字交叉放置的透镜透镜组：形成平行光，除去室内光滤片：长通、短通、带通光电倍增管：FS,SS（散射光），FL1,FL2,FL3,FL4（荧光）（2）光学系统FlowTipLaserSSandFLDetectorFSDetector光学系统示意图PMTPMTPMTPMTDichroicFiltersBandpassFiltersLaser1234Flowcell

激光、透镜组、光电倍增管等。LongpassShortpassBandpass460500540460500540460500540SP500LP500BP500/50光收集系统：滤光片主要由计算机及其软件组成（3）数据处理系统

细胞在液柱中与激光束相交时向周围360°立体角方向散射的光线信号，它的强弱与细胞的大小、形状、胞内颗粒折射等有关，主要分为前向散射光和侧向散射光。二、散射光的测定

前向散射光（forwardscatter,FS）：激光束照射细胞时，光以相对轴较小角度(0.5°～10°)向前方散射的讯号用于检测细胞等粒子的表面属性，信号强弱与细胞体积大小成正比。FALSSensorLaser前向散射光示意图

侧向散射光（sidescatter,SS）：激光束照射细胞时，光以90°角散射的讯号，用于检测细胞内部结构属性。FALSSensor90LSSensorLaser侧向散射光示意图

测得的FS与SS信号通过计算机处理，可得到FS-SS图，由此可仅用散射光信号对未染色的活细胞进行分析或分选。此为血细胞分类的基本原理，但不能分析表面分子。淋巴细胞单核细胞中性粒细胞光散射测量最有效用途：从非均一群体中鉴别出某些亚群

荧光信号由被检细胞上标记的特异性荧光染料受激发后产生，发射的荧光波长与激发光波长不同。每种荧光染料会产生特定波长的荧光和颜色，通过波长选择通透性滤片，可将不同波长的散射光和荧光信号区分开，送入不同的光电倍增管。选择不同的单抗及染料就可同时测定一个细胞上的多个不同特征。线性放大器和对数放大器三、荧光测量荧光染料的特性激发波长(EXCITING)发射波长(EMISSION)

通过流式细胞仪进行细胞分选主要是在对具有某种特征的细胞需进一步培养和研究时进行的。四、细胞分选原理细胞悬液形成液流柱流动室振动液流断裂成液滴空白液滴含细胞的液滴弃去偏转落入收集器压电晶体产生机械振动不充电充电（一）分选基本原理参数：FS,SS,FL数据显示方式（单参数直方图、双参数散点图、二维等高图、假三维等高图、三参数散点图）设门分析技术第二节数据的显示与分析FS：反映颗粒的大小SS：反映颗粒的内部结构复杂程度FL：反映颗粒被染上的荧光数量多少一、参数单参数直方图双参数直方图:点图 二维等高图 假三维等高图三参数直方图多参数分析直分析方图设门分析:REGION和GATE设置二、数据显示方式

由一维参数(散射光或荧光)与颗粒计数(COUNT)构成，反映同样散射光或荧光强度的颗粒数量的多少。（一）单参数直方图单参数直方图细胞相对数量信道(channel)双参数直方图：纵轴和横轴分别代表被测量细胞的两个测量参数，根据这两个参数就可以确定细胞在图上的表达位置。双参数信号通常采用对数信号，最常用的是点密图，在图中，每个点代表一个细胞，点图利用颗粒密度反映同样散射光或荧光强度的颗粒数量的多少。（二）双参数直方图1.双参数直方图点图绿色荧光强度红色荧光强度双参数直方图点图中性粒细胞单核细胞淋巴细胞2.二维等高图由类似地图上的等高线组成，其本质也是双参数直方图。等高图上每一条连续曲线上具有相同的细胞相对或绝对数，即“等高”。曲线层次越高(越里面的线)所代表的细胞数愈多。等高线越密集则表示细胞数变化率越大。二维等高图3.假三维等高图（三）三参数直方图

多参数分析：当细胞标记了多色荧光，被激发光激发后，得到的荧光信号和散射光信号可根据需要进行组合分析。（四）流式细胞仪的多参数分析Gate设置：指在某一张选定参数的直方图上，根据该图的细胞群分布选定其中想要分析的特定细胞群，并要求该样本所有其他参数组合的直方图只体现这群细胞的分布情况。根据门的形状又分为了线性门、矩形门、圆形门、多边形门、任意形状门和十字门。三、设门分析技术A淋巴细胞B单核细胞C中性粒细胞A、B、C均为任意门线性门D1

CD4+/CD3-D2

CD4+/CD3+D3

CD4-/CD3-D4

CD4-/CD3+如十字门分析时，起就可以由四个区域构成，即G=D1+D2+D3+D4。

荧光素种类FITC(异硫氰酸荧光素）：绿色530nmPE（藻红蛋白）：橙黄色575nmPerCP(多甲藻黄素叶绿素蛋白）：深红色 675nmPI(碘化丙啶）：橙红色620nm 488nm波长的氩离子激光激发APC(别藻兰蛋白）：红色660nm630nm波长的氦氖激光或红色二极管激光激发细胞组成细胞功能大小细胞表面/胞浆/核--特异性抗原粒度细胞活性DNA,RNA含量胞内细胞因子蛋白质含量激素结合位点钙离子,PH值,膜电位酶活性流式细胞仪常检测的细胞特性小结基本工作原理单细胞液柱已标记的单细胞悬液和鞘液硅化管流动室喷嘴荧光检测系统和散射光感受系统收集光信号荧光染料被激发发光光电倍增管脉冲信号计算机系统分析结果放大垂直相交形成稳态水平激光与之基本过程样品染色步骤PBS洗细胞1~2次加（荧光）单抗，暗处孵育15~30分钟如果必需，加荧光二抗，暗处孵育15~30分钟PBS洗细胞一次过300目尼龙网上机检测区别流式细胞仪显微镜光源激光自然光、灯光对象细胞、生物粒子细胞、组织等承载工具鞘液及流动室载玻片检测信号光学信号形态及染色放大方式PMT、放大电路目镜×物镜、光学放大统计计算机，>5000人工，200结果多参数，综合分析简单，单参数流式细胞仪与显微镜的区别细胞周期分析细胞周期G2MG0G1s0

200

400

600

8001000G0G1sG2MDNA分析细胞数量