流式细胞术:磨人小妖精是如何诞生的

 

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作者:阿甘

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做过流式细胞术的各位童鞋们知道,流式细胞术是一个专门虐狗(是实验狗,不是单身狗哟)的角色,我们对它是既爱又恨。那么,这项令众多实验狗们爱恨交织的技术是哪位大神发明的?这项技术又经历了哪些发展过程?

20世纪初,细胞计数只能用细胞计数板,如何对细胞进行愉快方便的计数(想一想在显微镜下拿细胞计数板数细胞的感觉吧!)?于是乎,Moldaven于1934年试图用光电仪记录流过1根毛细管的细胞数量,这是细胞检测自动化的最早想法,但是该方法灵敏度较低,误差较大。有没有什么神器可以解决这些问题?

转眼间到了1953年,美国电器工程师Wallace H. Coulter (1913-1998)发明了一种全血细胞自动计数仪并取得专利,这款细胞计数仪是流式细胞仪的雏形(图1)。这款仪器的灵敏度和精准度大幅提高(天了噜!我至今还在用细胞计数板数细胞!瞬间OUT的感觉!)。然而,该细胞计数仪只能计算出全血的细胞数量,并不能计算出每种血细胞的数量。问题又来了,如何将不同类型的血细胞分选出来?细胞计数的神器有待进一步升级。

图1 全血细胞计数仪
图A 全血细胞计数仪专利图;图B 1953年型细胞计数仪:图C 1959年型细胞计数仪(图A、B、C均来源于维基百科)


Mack Fulwyler在前人的基础上提出了真正意义上的流式细胞仪概念,并将该设想发表于1965年的Science杂志上。根据该设想,Mack Fulwyler与Wolfgang Göhde于1968年发明了第一台荧光流式细胞仪并注册了专利(图2)。该神器不仅能够检测出经荧光标记抗体染色的细胞的较弱的荧光信号,而且具有细胞分选功能。
图2 荧光流式细胞仪专利
图A Mack Fulwyler专利;图B Wolfgang Göhde专利 (图A、B均来源于Espacenet Patent Search )
荧光物质的种类有限,且多种荧光物质存在光谱上的重叠(图3),如何更加精确地区分不同细胞?1972年,Herzenberg将单克隆抗体技术应用于流式细胞术,首次成功分离出脾脏中的不同细胞。不同细胞表面带有不同的蛋白分子,应用单克隆抗体可以有效区分不同类型的细胞。

图3 常见染料光谱重合范围(图片来源:维基百科)
 


流式细胞术发展趋势可归纳为:

①由傻大黑粗变精致玲珑;

②由色彩单一变丰富多彩;

③从粗略马虎变精准细致;

④从人工手动变自动智能。

个人认为,流式细胞术是一门集合少林、华山、武当等多家门派于一身的绝世武功。要想做好流式细胞术,必须要对各家武功烂熟于胸,还要勤学苦练,方能掌握此绝世武功,成为流式达人。

参考文献

1.Fulwyler MJ: Electronic separation of biological cells by volume. Science 1965, 150(3698):910-912.

2.Julius MH, Masuda T, Herzenberg LA: Demonstration That Antigen-Binding Cells Are Precursors of Antibody-Producing Cells After Purification with a Fluorescence-Activated Cell Sorter. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 1972, 69(7):1934-1938.


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