近些年来,学科的交叉带来的突破越来越大。在成像领域,传统中电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)多用来分析某种元素存在及含量,而将其应用于生命科学领域也有不俗的表现。传统的单细胞指标检测采用的多是流式细胞技术,当同时进行多指标的检测时,由于荧光光谱的重叠以及染料的限制,最多可同时检测18个指标。Scott D. Tanner提出了另外一种方式,将宽的光谱变成细的质谱检测,即质谱流式细胞技术(Mass Cytometry,又称CyTOF),利用质谱原理对单细胞进行多参数检测,既继承了传统流式细胞仪的高速分析的特点,又具有质谱检测的高分辨能力,是流式细胞技术一个新的发展方向。而这一技术核心的原理也就是ICP-MS的原理(Anal. Chem., 2009, DOI: 10.1021/ac901049w)。
CyTOF采用同位素作为标记物,通过抗原抗体反应使其结合到细胞上。首先样品进入到雾化器被分散成单细胞,然后进入ICP中被烧蚀成原子碎片,进而通过四极管滤掉分子量过小的物质,最后通过时间飞行质谱,测出所包含的原子及其含量。将每一个细胞的标记信号进行记录总结,从而进行数据分析。
CyTOF原理图。图片来源:Trends Immunol.
通过原理可以看出,CyTOF的多指标检测的限制在于同位素的个数,原则上可无限制的增加,有科学家预言其将可以实现100个指标的同时检测(Nat. Med., 2014, DOI: 10.1038/nm.3488)。下图是已发现可用于CyTOF的元素,现在可供使用的同位素总共有45个,更多同位素的发现会带来更多机会。
图片来源:Trends Immunol.
除了同位素之外,Mark Nitz合成了一个有机Te试剂用于CyTof检测(Angew. Chem. Int. Ed., 2014, DOI: 10.1002/anie.201405233)。这给众多有机化学合成实验室带来了机遇和挑战,可以合成一些用于CyTof的分子。
有机Te试剂的合成。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.
随后又很多研究组将CyTOF进行了发展。有研究者开发出了CyTOF成像模块,相同的检测技术,加入了成像模块,可以很好地检测切片的拓扑学结构(Nat. Methods, 2014, DOI: 10.1038/nmeth.2869)。
CyTOF工作流程图。图片来源:Nat. Methods
数据分析后的伪彩图。图片来源:Nat. Methods
不过,此技术还远远谈不上完善,其标记物还需要进一步开发,仪器的检测效率也需要改进,与荧光成像相比检测的分辨率还不够高,成像时间还有些长,数据分析的手段也还有限。正因为这些不完善,质谱流式细胞技术才有更多的成长空间。
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A deep profiler’s guide to cytometry
Trends Immunol., 2012, DOI:10.1016/j.it.2012.02.010
(本文由浮生供稿)