本文介绍了光谱流式细胞术,这是一种流式细胞术的新方法,利用发射光谱的形状来区分荧光染料。该方法采用一种算法替代补偿,并可将自发荧光作为一个独立参数进行处理。这种新方法使得对从实体器官中分离的细胞进行准确分析成为可能。
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本文介绍了光谱流式细胞术,这是一种流式细胞术的新方法,利用发射光谱的形状来区分荧光染料。该方法采用一种算法替代补偿,并可将自发荧光作为一个独立参数进行处理。这种新方法使得对从实体器官中分离的细胞进行准确分析成为可能。
流式细胞术在过去40年中被用于定义和分析淋巴细胞及其他造血细胞的表型。最初仅限于分析少数几种荧光染料,目前已有数十种不同的荧光染料,且可同时组合使用多达14至18种不同染料。然而,仍存在若干限制因素影响其分析能力。由于荧光探针种类繁多,数据处理变得日益复杂,需要构建大型多参数补偿矩阵。此外,现已开发出携带荧光蛋白的转基因小鼠模型,可用于检测和追踪不同组织中的特定细胞类型,因此需要通过流式细胞术分析来自实体器官的自发荧光细胞悬液。光谱流式细胞术通过区分宽波长范围内发射光谱的形状,解决了其中部分问题。该技术采用一种算法对数据进行分析,取代了传统的补偿矩阵,并将自发荧光作为一个独立参数进行处理。因此,光谱流式细胞术能够区分发射峰相近的荧光染料,并可在无需补偿的情况下实现多参数分析。
本方案描述了光谱流式细胞术分析,可实现21参数(19种荧光探针)表征,并能有效管理自发荧光信号,从而在稀有细胞群检测中提供高分辨率。本文展示的结果表明,相较于传统流式细胞术难以表征的组织(如心脏和肠道)中的细胞群体分析,光谱流式细胞术具有显著优势。因此,光谱流式细胞术展现了高性能传统流式细胞术所具备的多参数分析能力,同时无需进行补偿校正,并可实现对自发荧光的有效管理。
在过去的几十年中,流式细胞术(FCM)已成为一种广泛应用的分析方法,是细胞表型研究中不可或缺的技术。可用于标记的荧光染料种类显著增加,尤其是可被紫激光(405 nm)激发的荧光染料例如, 荧光染料的种类不断增多(如 Brilliant Violet 和新型量子点染料),但可用荧光染料的增加也带来了发射光谱重叠的风险,需要耗费大量人力的补偿矩阵校正。流式细胞术(FCM)已广泛用于分析来自实体组织的细胞悬液,但自发荧光细胞的存在限制了对特异性标记细胞群体的分辨。
光谱流式细胞术(spectral FCM)的基本原理已在Futamura et al.1,2中详细报道。简而言之,本研究中使用的光谱流式细胞仪(见材料表)配备有405 nm、488 nm和638 nm激光器。该光谱流式细胞仪通过一个32通道线性阵列光电倍增管(32ch PMT)采集500 nm至800 nm范围内的全部发射荧光光谱,同时配备两个独立的光电倍增管分别用于420 nm至440 nm和450 nm至469 nm波段,从而取代传统的带通滤光片。488 nm激光光斑与405 nm/638 nm激光光斑在空间上相互分离,而405 nm与638 nm激光光斑则共线排列。对于每一个单独的颗粒,光谱流式细胞仪可检测由405 nm和488 nm激光激发产生的最多66个通道的荧光数据。当细胞被638 nm激光激发时,由于插入了遮挡638 nm激光进入光电倍增管的遮蔽片,仪器仅检测58个通道的荧光数据。光谱流式细胞仪采用基于加权最小二乘法(WLSM)的算法分析所获取的完整光谱数据,从而实现重叠荧光光谱的分离。单染色和未染色样本所产生的光谱被识别为基本参考光谱。多染色样本通过数学拟合进行解混,含有多种荧光标记的样本光谱被分解为其各个组分光谱的集合。在光谱技术中,这种“解混”过程3,4取代了传统补偿方法,即去除除检测特定染料之外所有检测器中的信号。
在本研究中,我们将19种荧光染料组合并应用于单一的21参数分析,以鉴定小鼠脾脏中主要的造血细胞亚群。此外,我们证明了光谱流式细胞术能够有效管理自发荧光信号,从而改善了对肠道上皮内淋巴细胞及胚胎心脏细胞的鉴定。事实上,在这些组织中,通过对自发荧光的处理,可将特异性荧光信号分配给那些在传统流式细胞术分析中会被排除的细胞。
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所有实验均根据巴斯德研究所伦理宪章和欧盟指南进行,并获得法国农业部批准。
1. 成年小鼠器官单细胞悬液的制备
2. 每种荧光染料单独染色商品化补偿微珠(例如,UltraComp eBeads)的制备,下文简称微珠
3. 胚胎小鼠心脏细胞悬液的制备
4. 使用光谱流式细胞仪获取标记的脾脏、肠道和心脏细胞
5. 使用光谱流式细胞术软件分析数据
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用于分析脾细胞的21参数光谱流式细胞术检测方案
图1 显示了应用19色荧光抗体组合对脾细胞进行检测所获得的结果,该组合包含识别T细胞、B细胞、NK细胞、树突状细胞和髓系细胞亚群的不同抗体,其中CD45标记所有造血来源的有核细胞。该抗体组合还包括活力染料(PI)以及细胞大小(FSC)和颗粒度(SSC)参数。 图1A 显示参考荧光染料光谱。在排除CD45标记的死细胞后+ 门控(图1B),分析结果表明 CD3+ T细胞表达TcRβ链,并具有预期的CD4/CD8分布及CD25阳性细胞比例+ CD4 T细胞中的细胞。CD8 T细胞中表达CD44和Ly49D的细胞呈正态分布。CD19+ B细胞共同表达B220和MHCII,以及IgM和IgD,这是成熟脾B细胞的典型特征。NK1.1的一...
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传统的流式细胞术(FCM)基于检测荧光探针被激发后发射的光子。一种荧光染料在设计用于检测另一种荧光染料信号的检测器中产生的荧光发射,会引起物理上的信号重叠。这种发射光谱之间的溢出需要通过补偿进行校正。
光谱流式细胞术结合非混合去卷积算法进行数据处理,可实现发射峰相近但光谱形状不同的荧光染料组合使用,无需额外补偿。该分析算法将自发荧光视为独立参数,从实体组织细胞悬液中扣除非特异性荧光。
采用19种荧光染料组成荧光染料组合,仅使用两束激光(488 nm和405 nm)即可分析免疫细胞。实际上,当开启638 nm激光时,32通道光电倍增管(PMT)中对应于该激光激发波长的部分通道将无法使用。为了最大限度地利用PMT的检测能力,关闭了红色激光。对小鼠脾脏细胞进行了分析,能够检测到超过12种不同的细胞群体,其中部分细胞群占造血细胞的比例不足1%。
为了测试光谱流式细胞术处理自发荧光的能力,研究了两种可能影响分析结果的不同情况:一种是淋巴细胞被上皮细胞污染,另一种是分析具有自发荧光的...
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作者无任何利益冲突需要披露。
我们感谢K. Futamura在光谱流式细胞术方面的技术与理论贡献,其还对本文稿进行了关键性审阅。我们还要感谢C. Ait-Mansour、P.-H. Commere、A. Bandeira和P. Pereira对本文稿的仔细阅读,以及他们提供的无尽技术建议与支持。我们同时感谢P. Pereira惠赠抗Vγ7-APC和Vδ4-生物素标记抗体。 我们感谢巴斯德研究所教学中心 为拍摄工作提供的接待与后勤支持。本研究得到了巴斯德研究所、法国国家健康与医学研究院(INSERM)、瑞士国家科学基金会和巴斯德Roux奖学金(S.S.);葡萄牙科技基金会—SFRH/BD/74218/2010(M.V.);以及巴黎狄德罗大学、法国国家科研署(ANR)Twothyme项目、ANR和“未来投资”计划REVIVE项目(A.C.)的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 小鼠 | Janvier Labs | CD45.2 | 细胞来源 |
| 70% 乙醇 | VWR | 83801.36 | 消毒 |
| DPBS(含Ca2+,含Mg2+) | GIBCO ThermoFisher | 14040-174 | 胚胎收集 |
| Hanks' 平衡盐溶液(含Ca2+,含Mg2+)(HBSS+/+) | GIBCO Life ThermoFisher | 14025092 | 解离、消化和染色溶液 |
| Hanks' 平衡盐溶液(不含Ca2+,不含Mg2+)(HBSS-/-) | GIBCO Life ThermoFisher | 14175095 | 解离、消化和染色溶液 |
| 胎牛血清(FCS) | EUROBIO | CVFSVF00-0U | 解离、消化和染色溶液 |
| 胶原酶 | Sigma | C2139 | 酶解溶液 |
| 90 × 15 mm, 塑料组织培养培养皿 | TPP | T93100 | 胚胎和心脏收集 |
| 35 × 15 mm, 塑料组织培养培养皿 | TPP | T9340 | 心脏收集 |
| 精细虹膜剪刀 | Fine Science Tools | 14090-09 | 解剖工具 |
| 粗镊子(窄型镊子,弯曲,12 cm) | Fine Science Tools | 11003-12 | 解剖工具 |
| 精细镊子(Dumont 7号镊子) | Fine Science Tools | 11272-30 | 解剖工具 |
| 手术刀 | VWR | 21909-668 | 解剖工具 |
| LEICA MZ6 解剖显微镜 | LEICA | MZ6 10445111 | 取样;目镜 W-Pl10x/23 |
| 冷光源灯 | SCHOTT VWR | KL1500 compact | 取样; 配备两条鹅颈光纤 |
| FACS 管 | VWR | 60819-310 | 细胞消化 |
| 96孔板(圆底) | VWR | 10861-564 | 细胞染色 |
| 尼龙网筛布(已灭菌), 50/50 mm 片状 | SEFAR NITEX | SEFAR NITEX | 细胞过滤 |
| UltrasComp eBeads | |||
| 荧光标记抗体 | Biolegend | 货号见下表 | 细胞染色 |
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