本文介绍了一种可用于通过免疫荧光显微镜成像五种或更多荧光参数的方法。文中概述了一种从这些图像中提取单个细胞并采用类似流式细胞术设门策略进行单细胞分析的分析流程,该流程可识别组织切片中的细胞亚群。
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本文介绍了一种可用于通过免疫荧光显微镜成像五种或更多荧光参数的方法。文中概述了一种从这些图像中提取单个细胞并采用类似流式细胞术设门策略进行单细胞分析的分析流程,该流程可识别组织切片中的细胞亚群。
利用组织学方法研究中枢神经系统(CNS)等组织切片中免疫细胞多样性的应用,受到单次成像所能检测的荧光参数数量的严重限制。大多数免疫细胞亚群是通过流式细胞术利用多种蛋白标志物的复杂组合来定义的,通常需要四个或更多参数才能明确鉴定,而大多数常规显微镜无法满足这一需求。由于流式细胞术需将组织解离,导致空间信息丢失,因此亟需能够在保留空间信息的同时解析复杂细胞类型功能的技术。本文通过建立一种扩展可成像荧光参数数量的方法,解决了上述问题:该方法采集光谱重叠荧光染料的信号,并利用光谱拆分技术分离各个独立荧光染料的信号。随后,通过分析流程对这些图像进行处理,将高参数组织学图像中的单个细胞提取出来,从而在单细胞水平上分析每个细胞独特的荧光特性。借助类似流式细胞术的设门策略,可将细胞分型并映射回组织切片,不仅能够量化其丰度,还能揭示它们与组织微环境之间的相互作用。总体而言,本研究展示了组织流式细胞术(histoflow cytometry)在组织切片中研究复杂免疫细胞群体方面的简便性与潜力。
由免疫系统细胞和胶质细胞驱动的炎症可导致中枢神经系统(CNS)的慢性疾病,其中这两类细胞群体可相互促进对方的活性1,2,3。目前,阐明免疫系统如何与中枢神经系统的这些组分相互作用以促进中枢神经系统炎症,是一个重要的研究热点,而单细胞RNA测序等高参数技术的应用极大推动了该领域的进展。通过单细胞RNA测序,我们发现,在多种中枢神经系统疾病中,胶质细胞与免疫系统之间存在广泛的相互通讯4,5,6。深入理解这些相互作用如何影响疾病进程,对于揭示这些疾病的生物学机制至关重要。
单细胞测序分析存在一个问题是,这些技术需要将组织解离以获得单个细胞或细胞核,从而导致空间信息的完全丢失。了解细胞在组织中的位置对于理解其在驱动炎症过程中的作用至关重要。例如,在神经炎症过程中,B细胞等免疫细胞可在中枢神经系统(CNS)中聚集;然而,它们很少进入CNS实质,而是主要集中于CNS屏障区域7。鉴于其定位特征,这些细胞通过与CNS实质中的胶质细胞直接物理接触来参与炎症的可能性较低,提示它们与胶质细胞之间的任何相互作用可能通过分泌因子介导。此外,CNS疾病中的病理变化常具有特定结构特征8,9,因此细胞在组织中的定位可能关键性地决定其是主动参与疾病进程还是仅作为旁观者存在。因此,利用空间定位信息来评估细胞在病理过程中的作用至关重要。
研究组织中的细胞通常采用免疫组织化学或免疫荧光显微镜技术。这些技术的一个问题是,通常只能同时对最多四个参数进行成像。这对于这些技术而言是一个主要限制,因为从流式细胞术和单细胞RNA测序分析中我们已知,许多细胞群体需要两个或更多参数才能被鉴定;此外,在寻找特定细胞类型的亚群时,通常需要更多的参数10。因此,使用常规成像技术来研究细胞亚群在组织内可能的相互作用是不切实际的。
这一问题已通过一些较新的高参数方法得到部分解决,这些方法能够保留空间信息,例如空间RNA测序11和成像质谱流式技术12。尽管这些技术具有重要价值,但仍存在若干问题,例如尚未广泛普及、将三维数据简化为二维,以及需要较高的专业技术才能实施。另一种称为连续染色的技术,即先用一组抗体对组织进行染色,随后灭活该组抗体,再用另一组抗体进行染色,可在无需特殊设备或专业技术的情况下实现高参数组织学分析13,14,15。然而,连续染色过程极为耗时,且需要大量的显微镜成像时间,对于没有配备个人显微镜的实验室而言可能不具可行性。因此,亟需发展能够在广泛可用的显微镜上及时实现更多荧光参数同步成像的技术。
获取高参数数据后,另一个问题随之出现:传统的图像分析方法难以成功分析此类数据。诸如人工计数或阈值分割等技术,仅在分析仅涉及单一参数,或多个标记物具有相同定位且仅对重叠信号进行计数的情况下才可行。这一限制使得传统分析方法无法有效处理高参数数据集。目前已有成功分析此类数据集的方法,即从组织学图像中对单个细胞进行分割,然后采用类似流式细胞术的设门策略来鉴定细胞类型16,17。然而,这些分析方法还存在另一个问题:它们仅适用于所有目标细胞在物理上相互分离的数据集,因为这些技术并未采用能够准确分离彼此接触的细胞的方法。因此,亟需一种新方法,能够在细胞彼此接触的情况下,仍对组织学切片进行单细胞分析。
本文介绍了一种称为组织流式细胞术(histoflow cytometry)的简单实验方案,该方法此前已有报道18,可利用广泛可用的显微镜同时成像更多荧光参数。该方案通过使用光谱重叠的染料对组织进行染色,然后采用光谱补偿技术去除重叠通道间的信号串扰,从而获得清晰的单染结果。为了便于高参数组织学图像的分析,本文还描述了一个详细的分析流程,该流程可从组织切片中提取单个细胞,并利用类似流式细胞术的设门策略将细胞分类到不同的细胞群中。该方案适用于细胞呈弥散分布或紧密聚集的组织,因此在研究中枢神经系统(CNS)在稳态及神经炎症状态下的组织时具有广泛的适用性。因此,组织流式细胞术是一种研究复杂细胞类型间相互作用的有效技术,可在保留空间信息的同时,利用多种细胞标志物对细胞进行鉴定。
本方案不涉及用于组织学的组织切片;有关组织学切片的详细描述,请参见Jain等人的文献18或19。本方案适用于载玻片上的任何已切片组织。本文以先前所述方法18从免疫动物中分离的腹股沟淋巴结为例进行说明。本方案的操作步骤和时间线总结于图1中。本研究中所用试剂和设备的详细信息列于材料表中。
1. 组织切片染色
注意:除了使用研究者感兴趣的全部抗体标记对组织进行染色外,研究者还应在相邻或完全相同的组织切片上制备单色对照(每种拟使用的荧光参数各一个),每个单色对照仅使用产生一种荧光参数信号所需的试剂进行染色。
2. 组织切片成像
注意:在此阶段,组织切片已使用所有目标抗体对所有拟成像条件进行染色,而单色对照则在每个切片上仅使用一种荧光参数进行染色。成像应使用配备多个可调检测器的显微镜进行,这些检测器可调节以检测特定波长范围的光信号;理想情况下,显微镜应具备尽可能多的激光激发谱线。
3. 荧光补偿
4. 使用 ilastik 鉴定细胞核和细胞
5. 软件3中的分析
6. 组织流式细胞术分析及细胞群在组织切片上的定位作图

图1:组织流式细胞术工作流程。 组织切片使用光谱重叠的染料进行染色(步骤1)。通过将单个激发激光与可调带通滤光片配对,采集图像,以最大程度减少荧光团之间的光谱溢出(步骤2)。根据使用单色染色组织对照样本生成的补偿矩阵,校正通道间的光谱溢出(步骤3)。然后使用ilastik在图像中识别细胞核和细胞(步骤4),并在Software 3中将其分割为单个细胞(步骤5)。在将所有数据从Software 3导出至Software 4以进行流式细胞术分析之前,可整合其他参数。随后,将细胞身份信息从Software 4导出,并映射回原始组织中的细胞ID,以解析组织切片中细胞的空间定位(步骤6)。美元符号代表需要购买的商业软件,计算机符号代表免费软件。每个步骤的近似耗时显示在沙漏旁。商业软件列于材料表中。本图改编自Jain等人的研究18。请点击此处查看此图的放大版本。
在图3中,淋巴结组织使用以下抗体进行染色:大鼠抗小鼠CD138抗体与驴抗大鼠Dylight 405二抗配对,Nuclear Yellow,大鼠抗小鼠CD4抗体偶联Alexa Fluor 488,大鼠抗小鼠IgD抗体偶联PerCP-eF710,兔抗小鼠Iba1抗体与驴抗兔Alexa Fluor 546二抗配对,大鼠抗小鼠CD3ε抗体偶联PE-eF610,大鼠抗小鼠B220抗体偶联Alexa Fluor 647,以及大鼠抗小鼠CD45抗体偶联APC-R700。使用紫色405 nm激光激发Dylight 405和Nuclear Yellow染料,其发射光检测范围分别为408–438 nm和460–530 nm。使用绿色488 nm激光激发Alexa Fluor 488和PerCP-eF710染料,其发射光检测范围分别为495–545 nm和682–750 nm。使用黄绿色552 nm激光激发Alexa Fluor 546和PE-eF610染料,其发射光检测范围分别为557–600 nm和615–652 nm。使用红色640 nm激光激发Alexa Fluor 647和APC-R700染料,其发射光检测范围分别为647–682 nm和700–750 nm。

图 2:补偿效果差与补偿质量高的示例。微球使用与 PE-eFluor 610 偶联的抗体进行染色,并在对应于 PE-eFluor 610(PE-eF610)和 Alexa Fluor 546(A546)的通道中成像。对同一图像的 A546 通道应用不同程度的补偿(欠补偿为减少 10%,正确补偿为减少 28%,过补偿为减少 60%),以消除来自 PE-eF610 荧光染料的串色信号,从而产生不同程度的信号分离。为了更清晰地展示不同补偿程度的效果,提供了串色图像的增亮版本。黄色箭头指向每幅图像中的相同区域,该区域对应于 PE-eF610 通道中存在真实染色的区域。比例尺:4 µm。 请点击此处查看该图的放大版本。

图3使用染色组织切片进行荧光补偿。 (A-C淋巴结组织切片使用与所列荧光染料偶联的单克隆抗体进行染色。随后,对未进行补偿的单染样本在所有通道中进行成像。A,顶部),并对单色对照应用了补偿A,底部)。(B) 通道间的串色问题在(A)进行定量(当前图像的平均荧光强度除以当前荧光染料通道的平均荧光强度),并以热图形式呈现。白色方块表示串色率超过100%的值。C通过比较完全染色样本中Iba1-A546与CD3-PEeF610的光谱分离情况,评估未补偿及基于细胞的补偿条件下的光谱重叠。比例尺:30 µm。该图改编自Jain等人的研究。18. 请点击此处以查看此图的放大版本。
按照本方案(总结见图1),光谱重叠的荧光染料应能被有效分离,如图3A、B所示。尽管可能无法实现染料的完全分离,但分离程度应足以清晰区分不同的细胞类型(图3C)。如果在另一通道中仍可见光谱重叠细胞的残影,则可能表明仍存在串色现象,图像可能需要重新处理(图2)。此外,若补偿后的信号强度低于背景染色相关的荧光水平,则表明存在过度补偿,并会在原先串色区域出现黑色区域(图2)。过度补偿可能导致应用补偿的通道中真实信号的丢失,必须避免。然而,若正确执行了本方案,则不应出现补偿问题,因此研究者应考虑所观察到的串色现象是人为假象还是生物学特征的一部分。

图4:基于ilastik的细胞核与细胞检测示例。 利用细胞核的黄色染色(左上图)识别细胞核(右上图中黄色部分)以及非细胞核区域(蓝色部分)。代表性CD45染色(左下图所示)用于识别细胞(右下图中黄色部分)以及非细胞区域(蓝色部分)。本图改编自Jain等人的研究18。请点击此处查看此图的放大版本。
染料被准确分离后,将组织分解为单个细胞对于开展单细胞分析至关重要。此处描述的方案采用用户自定义的机器学习方法(图4),即使在细胞紧密聚集的情况下(如图6所示的淋巴结中),也能实现细胞的分离。

图5评估门是否已正确调整。 代表性CD138染色(呈青色)显示于淋巴结中,通过左侧点图设置三个独立门控以鉴定CD138+ 组织中的细胞。CD138 的一个过于保守的估计+ 细胞显示为蓝色门控,并以蓝色映射到组织中。CD138的平衡估计+ 细胞显示为绿色门控,并以绿色映射到组织中。CD138 的估计过于宽松+ 细胞显示为红色门控区域,并以红色映射到组织上。黄色圆圈标识了CD138的区域+ 细胞未被过于保守的门控所识别,而品红色圆圈标示的区域中并无CD138+细胞,却声称含有CD138+ 因过于宽松的门控而纳入的细胞。比例尺:30 µm。 请点击此处以查看此图的放大版本。
在确定流式细胞术分析中设门的精确位置时(如图5所示),应格外谨慎,以确保这些门不会高估或低估细胞的数量。应通过将细胞映射回组织(如图5所示)来判断表达目标标记物的细胞是否被有效纳入分析中。如果选中的细胞过多(例如,不表达CD138的细胞被误判为CD138+),则应调整设门使其更为严格;如果选中的细胞过少,则应使设门更为宽松。设门应优化其选择性,优先优化上游门,随后依次优化门控链中的每一个后续门。最终,有效的设门策略优化应能够清晰分辨出目标细胞亚群(图6和图7)。

图6:基于流式细胞术的组织切片中细胞鉴定。(A)来自 Software 3 分析的淋巴结切片中单个细胞的荧光值,通过 Software 4 进行分析,根据所示的设门策略鉴定特定细胞群体。(B)在 Software 4 中鉴定出的细胞群体被重新映射回同一组织切片,并为每个群体生成表面轮廓。CD45 染色未显示。比例尺:30 µm。本图改编自 Jain 等人18。请点击此处查看该图的放大版本。

图7:小鼠淋巴结中各染色标记及细胞群体的分解图示。 上排图显示各免疫细胞标记物的单独染色结果,每种单独染色下方为其在图6A中对应的设门细胞群体。比例尺:30 µm,位于左上角图中。本图改编自Jain等人的研究18。请点击此处查看该图的放大版本。
该技术此前已用于表征神经炎症期间免疫细胞向脊髓的浸润,并验证了通过组织流式细胞术和流式细胞术检测到的浸润免疫细胞比例相当18。该技术还经过验证,证明其在小鼠脾脏和脑组织中同样有效,并能够识别不同处理条件之间的差异,这些差异在相同的流式细胞术实验中得到了重现(未发表数据)。该技术还被用于分析接受中枢神经系统模型立体定位注射的小鼠的脊髓组织。

图8:人扁桃体切片中8种染料的分离。 对人扁桃体切片使用CD20染色以鉴定B细胞,使用IgM、IgA和IgG染色以鉴定浆细胞。同时加入Blimp1和CD38染色以进一步验证浆细胞身份,并使用Ki67染色以鉴定增殖细胞。细胞核黄染色未在合并图像中显示。比例尺:22 µm。 请点击此处查看该图的放大版本。
该技术也可用于分析人类组织切片。以下以人类扁桃体组织切片的染色为例,使用了8种标记物进行染色:与Dylight 405偶联的山羊抗人IgM抗体、Nuclear Yellow、与Alexa Fluor 488偶联的山羊抗人IgA抗体、小鼠抗人CD20抗体联合与PerCP-eFluor 710偶联的山羊抗小鼠F(ab')2片段、与Cy3偶联的山羊抗人IgG抗体、兔抗人Ki67抗体联合与PE-Alexa Fluor 610偶联的山羊抗兔抗体、大鼠抗人Blimp1抗体联合与Alexa Fluor 647偶联的驴抗大鼠抗体,以及与APC-R700偶联的小鼠抗人CD38抗体。经过补偿后,可在扁桃体切片中清晰分辨这些标记物的信号(图8)。这表明该技术在不同组织和物种中均具有应用价值。
| 溶液名称 | 成分 | 配制方法 | ||||
| 封闭缓冲液 | 10% 马血清、1% BSA 和 0.1% 冷鱼皮明胶溶于 PBS | 将 5 mL 马血清、0.5 g BSA 和 50 μL 冷鱼皮明胶加入 45 mL PBS 中。将该溶液分装至 15 mL 离心管中,于 -20 °C 保存备用。 | ||||
| 通透与封闭缓冲液 | 10% 马血清、1% BSA、0.1% 冷鱼皮明胶、0.1% Triton X-100 和 0.05% Tween-20 溶于 PBS | 将 5 mL 马血清、0.5 g BSA、50 μL 冷鱼皮明胶、50 μL Triton X-100 和 25 μL Tween-20 加入 45 mL PBS 中。将该溶液分装至 15 mL 离心管中,于 -20 °C 保存备用。 | ||||
| 通透与染色缓冲液 | 1% BSA、0.1% 冷鱼皮明胶和 0.5% Triton X-100 溶于 PBS | 将 0.5 g BSA、50 μL 冷鱼皮明胶和 250 μL Triton X-100 加入 50 mL PBS 中。将该溶液分装至 15 mL 离心管中,于 -20 °C 保存备用。 | ||||
| 淬灭缓冲液 | 5% Trueblack、66.5% 乙醇、28.5% 水 | 将 Trueblack 溶液于 70 °C 预热 5 分钟。然后将 50 μL Trueblack 加入 950 μL 70% 乙醇中,配制成 Trueblack 缓冲液。每次使用前新鲜配制。每张载玻片约需 500 μL,具体用量取决于组织样本的性质。 | ||||
| 染色缓冲液 | 1% BSA 和 0.1% 冷鱼皮明胶溶于 PBS | 将 0.5 g BSA 和 50 μL 冷鱼皮明胶加入 50 mL PBS 中。将该溶液分装至 15 mL 离心管中,于 -20 °C 保存备用。 | ||||
表1:染色组织切片所需溶液及其成分列表。
补充代码文件 1:一个 Python 脚本,用于采集每个通道的荧光值并生成一个汇总文件。 请点击此处下载该文件。
补充代码文件 2:一个 Python 脚本,用于将所有门控细胞的 ID 编号列表生成到文本文件中。 请点击此处下载该文件。
本文描述了组织流式细胞术(histoflow cytometry)的应用,该技术此前已被验证18。研究表明,在使用光谱重叠染料对组织切片进行染色时,可通过光谱补偿消除通道间的信号溢出,从而实现比传统方法更多数量的荧光参数的清晰分辨。由于高参数组织学图像难以通过传统方法进行分析,本文提供了一种分析流程,用于从这些图像中分割出单个细胞。通过导出这些单个细胞的荧光特征,证明了类似于流式细胞术中的单细胞分析同样可应用于组织学图像。与流式细胞术缺乏空间分析能力不同,本文证明组织流式细胞术可将通过设门策略鉴定出的细胞群映射回组织切片,以评估其空间定位。总体而言,本文证明了组织流式细胞术结合了流式细胞术与组织学各自的优势。
尽管组织流式细胞术具有保留空间信息的优点,但它也存在许多与传统组织学相同的局限性。流式细胞术擅长对整个组织中的细胞进行定量,而组织学通常仅通过分析少量被认为具有代表性的组织切片来进行。为了准确量化组织中的细胞数量,需要对从组织中获取的每一张切片都进行成像,并分别计数其中的细胞数量,这在实际操作中是不现实的。另一个问题是,在组织切片过程中,部分细胞可能被切成两半,而无法重建这些细胞的完整形态。事实上,本文列出的实验方案的一个局限性在于,其未包含任何排除组织边缘处细胞的方法。尽管存在这些局限性,组织流式细胞术相较于传统流式细胞术的一个优势在于,无需将组织解离为单细胞悬液,从而避免了因解离过程可能引入的细胞群体偏差或某些细胞类型捕获不足的问题22。因此,尽管组织流式细胞术相较于传统流式细胞术具有多项优势,但实现对整个组织的全面定量测量仍将持续面临挑战。
此处展示的是,可以分离八种光谱重叠的荧光参数;然而,已有研究成功分离了13种荧光染料17。可分离染料的数量取决于采集数据所用显微镜的性能。不同荧光染料在最佳激发波长及其最常见的发射波长方面存在差异。通过使用更广泛的激发波长以更精确地匹配荧光染料的最佳激发波长,并调节发射检测器以精确匹配其最常发射的波长,此类显微镜能够最大化荧光染料之间的分离效果。最小化光谱重叠对于生成高质量数据至关重要,因为对通道间的信号渗漏(bleed-through)进行补偿可能会影响相互作用荧光染料的检测动态范围。因此,基于发射和激发波长的分离是区分荧光染料的关键第一步。根据显微镜的性能以及需要成像的荧光参数数量,可能需要将具有相同激发波长但发射波长不同的多个荧光染料分配至同一条激光线。这通常通过基础荧光染料与偶联荧光染料联合使用来实现,其中偶联染料在更长波长处发射,因而可根据其发射波长加以区分。总体而言,为了有效分离,荧光染料必须在其激发频率或发射频率上有所区别。
实现完美的补偿受到多种因素的复杂影响,其中包括补偿的空间特性。首先,荧光染料是否发射光子在一定程度上具有随机性23,导致每幅图像中收集到的光子倾向于集中在染色密集的区域。然而,染色较稀疏的区域可能由于偶然原因发射出一个光子,该光子出现在某个重叠的检测通道中,但未出现在主通道中。由于补偿是基于每个体素(voxel)进行的,因此在缺乏空间共定位的情况下,光谱重叠无法在补偿过程中被有效去除。这一点在图2中可以观察到:补偿后,染色密集区域的信号被降低(如微珠的边缘),但微珠中心区域的信号并未被消除,因为该区域染色极少,且与存在串色的通道之间缺乏足够的重叠。微珠中心出现的这种染色信号可能还涉及另一个影响补偿的因素:来自焦平面以外区域产生的光子可能进入焦平面内的体素中,但这种现象在主通道和需要补偿的通道中难以同时重现24。因此,这类“噪声”无法通过常规补偿有效去除,否则可能导致过度补偿。部分上述问题可通过采用线平均法加以缓解,即对单个体素的荧光值进行多次测量,并取其平均值以减少随机事件的影响。若使用共聚焦显微镜,还可缩小针孔尺寸,以排除离焦光子进入成像结果25,26。然而,这些改进措施会增加图像采集时间,可能导致总耗时显著延长。
尽管该技术是利用共聚焦显微镜拍摄的图像开发的,但它同样适用于其他类型的显微镜。已有研究者将类似方法成功应用于双光子显微镜所获取的图像17。虽然该技术也可用于宽场显微镜拍摄的图像,但共聚焦显微镜具有若干优势,能够更有效地分辨光子是否来源于焦平面内。由于对光子位置的精确分辨(即光学切片能力)直接影响补偿的质量,因此在宽场显微镜下所得图像的补偿效果可能相对较差。这一问题可通过去卷积方法去除离焦光子,从而提高宽场图像的分辨率来加以改善27。一个重要的注意事项是:去卷积是否适用于本实验流程,取决于在所有分析图像中各通道的荧光值是否仍保持相互间的比例关系。如果去卷积处理后的荧光值变得任意化,则基于某一图像生成的相同补偿矩阵很可能无法成功应用于其他图像。总体而言,决定显微镜是否可采用此工作流程的最关键因素,在于其探测器的检测范围是否可灵活调节。若具备该能力,则可通过在不同检测窗口中采集发射光谱,将经同一激发光激发的多种荧光染料区分开来。
如果将多重荧光参数检测与可对同一样本组织进行多次连续染色的技术相结合,例如IBEX14,15,荧光参数的数量可进一步显著增加13。通过连续染色技术,理论上可实现对无限数量的参数进行检测;然而,该方法可能极为耗时。结合本文所述的补偿方法与连续染色技术,可显著缩短成像所需时间,因为在每轮染色中可同时检测更多通道。本文所描述的分析流程可根据需要扩展至任意数量的标记物,并且适用于经过连续染色处理的组织切片。
该分析流程中的一个关键步骤是从组织学图像中分割出单个细胞。寻找能够准确从组织学图像中分割细胞的有效策略是一个普遍存在的问题28,目前仍在不断开发新的方法。尽管本方法能够有效分离紧密聚集的细胞,但细胞的精确边界往往并不理想。因此,建议用户将分析范围仅限于其感兴趣的细胞群体,因为需要分离的细胞越少,细胞边界的准确性就越高。用户还可以通过在ilastik中定义多个细胞群体来实现更好的细胞分离,使程序能够区分不同的细胞群体。然而,这种方法的一个问题是,以这种方式定义的细胞无法在Software 3中合并为同一个“细胞”对象,可能导致细胞被重复计数。尽管如此,如果实验对细胞边界的精确性要求较高,仍可采用此方法。建议用户在新开发的分割算法出现时积极尝试,并将其整合到本分析流程中,以获得更优的结果。
在开发新的组织流式细胞术检测 panel 时,可能会遇到若干问题。首先,不同荧光标记物产生的荧光强度应大致相近,这一点至关重要。如果某一荧光染料明显比另一种更亮,则当该染料的信号溢出至另一荧光染料通道时,可能会出现问题,因为溢出信号可能掩盖该通道中的真实染色信号。这一点在图3中可见,Alexa Fluor 546 对 PE-eFluor 610 通道产生了严重的信号溢出。尽管可通过补偿消除部分溢出信号,但由于离焦光信号无法被完全去除,通常仍会残留一定程度的背景荧光,导致补偿不完全。此外,显微镜所用的大多数探测器并不具备流式细胞仪探测器那样宽广的动态范围。因此,当某一通道内的信号溢出增加时,该探测器的动态范围将更多地被其他荧光染料的信号所占据,而来自目标荧光染料的信号所占比例则减少。当从存在严重溢出的通道中移除补偿时,虽然可以解析出真实信号,但对该标记物呈阳性与阴性的细胞之间的信号差异将变小,可能导致无法分辨中间状态,甚至难以区分阳性与阴性细胞。因此,应尽量避免通道之间的信号重叠。其次,不同组织之间标记物的亮度可能发生变化。例如,一套在淋巴结上有效的标记物组合,在脾脏或中枢神经系统中可能不再适用,因为某一标记物可能变得过亮或过暗,导致该通道对其他通道产生过度溢出,或被其他通道的溢出信号所淹没。在这种情况下,可能需要更换标记物所使用的荧光染料,或将直接标记的一抗更换为使用二抗检测系统。最后,当通道间存在过度重叠时,可充分利用标记物在亚细胞定位上的差异。如果两个通道之间存在严重重叠,但其中一个为核标记物,另一个为细胞表面标记物,则由于补偿不会作用于相同的体素(voxel),光谱重叠对彼此的影响将极小。在设计 panel 时,应尽可能确保重叠的通道在空间定位上不同,或确保这些标记物表达于不同的细胞群体中。
总体而言,组织流式细胞术被证明是一种在单细胞水平上分析组织学图像的多功能技术。相较于以往技术仅能分析非直接接触的细胞,该分析流程能够分离相互接触的细胞,因此适用于研究处于稳态或炎症过程中损伤部位免疫细胞聚集的组织内细胞。
作者无经济利益冲突。
感谢霍奇基斯脑研究所高级显微镜平台提供的成像设施与专业技术支持。Rajiv W. Jain(RWJ)获得了卡尔加里大学“Eyes High”博士后项目以及加拿大多发性硬化症协会与罗氏加拿大公司联合资助的无限制性教育博士后奖学金的支持。V. Wee Yong(VWY)获得了加拿大研究主席一级计划的薪金资助。本研究得到了加拿大卫生研究院基金(资助号:1049959)、加拿大多发性硬化症协会基金(资助号:3236)以及美国国防部国会指定多发性硬化症研究计划的运营资金支持。图1 使用 BioRender.com 制作。本出版物中改编的图示最初发表于《免疫学杂志》(The Journal of Immunology)。Rajiv W. Jain、David A. Elliott 和 V. Wee Yong,2023年。利用组织流式细胞术对高参数组织学图像进行单细胞分析。《免疫学杂志》(J. Immunol)。210: 2038–2049。版权所有 © [2023]。美国免疫学家协会(The American Association of Immunologists, Inc)。
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| 驴血清 | JacksonImmunoResearch | 017-000-001 | |
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| FIJI | N/A | N/A | https://imagej.net/software/fiji/ |
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| 山羊抗兔 A546 | Thermo Fisher Scientific | A-11035 | 1:250 浓度 |
| 山羊抗兔 IgG PE-Alexa Fluor 610 | Thermofisher | A-20981 | 1:250 浓度 |
| 马血清 | Sigma | H1138 | |
| Ilastik | N/A | N/A | https://www.ilastik.org/ |
| Ilastik FIJI 插件 | N/A | N/A | https://www.ilastik.org/documentation/fiji_export/plugin |
| Imaris 文件转换器 | Oxford Instruments | 软件 2 | |
| 带细胞模块的 Imaris | Oxford Instruments | 软件 3 | |
| kimwipe | Kimtech | 34155 | |
| LasX 生命科学软件 | Leica | 软件 1 | |
| 小鼠抗人 CD20 | VWR | CA95024-322 | 1:40 浓度 |
| 小鼠抗人 CD38 APC-R700 | BD Biosciences | 564980 | 1:20 浓度 |
| 正常山羊血清 | JacksonImmunoResearch | 005-000-001 | |
| 正常小鼠血清 | JacksonImmunoResearch | 015-000-001 | |
| 正常兔血清 | JacksonImmunoResearch | 011-000-001 | |
| 正常大鼠血清 | JacksonImmunoResearch | 012-000-120 | |
| 核黄染料(Nuclear Yellow) | Abcam | ab138903 | 用 DMSO 溶解至 2 mg/ml 浓度,并避光保存于 4°C |
| PAP 笔 | Cedarlane | MU22 | |
| PBS | Gibco | 10010-023 | |
| 兔抗人 Ki67 | Abcam | ab15580 | 1:500 浓度 |
| 兔抗小鼠 Iba1 | Wako | 019-19741 | 1:500 浓度 |
| 大鼠抗人 Blimp1 | Thermofisher | 14-5963-82 | 1:40 浓度 |
| 大鼠抗小鼠 B220 Alexa Fluor 647 | BioLegend | 103226 | 1:250 浓度 |
| 大鼠抗小鼠 CD138 | Biolegend | 142502 | 1:200 浓度 |
| 大鼠抗小鼠 CD3 PE-eFluor 610 | Thermo Fisher Scientific | 61-0032-82 | 1:40 浓度 |
| 大鼠抗小鼠 CD4 Alexa Fluor 488 | BioLegend | 100529 | 1:200 浓度 |
| 大鼠抗小鼠 CD45 别藻红蛋白-R700 | BD Biosciences | 565478 | 1:50 浓度 |
| 大鼠抗小鼠 IgD PerCP-eFluor 710 | Thermo Fisher Scientific | 46-5993-82 | 1:50 浓度 |
| SP8 共聚焦显微镜 | Leica | ||
| 吐温 X-100(Triton X-100) | Sigma | X100-500ml | |
| Trueblack | Biotium | 23007 | |
| 吐温-20(Tween-20) | Sigma | P7949-500ml | |
| Ultracomp ebeads | Thermofisher | 01-2222-42 |
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