流式细胞仪的发展历史及其原理和应用进展研究

2021-04-03史亮

中国设备工程 2021年12期

史亮

（贝克曼库尔特生物科技（苏州）有限公司，江苏苏州 215000）

流式细胞分析属于现代分析技术，它是对不同科研领域、不同学术背景科学家心血的凝结，是综合运用各学科知识的结晶，例如生物物理学、有机化学、分子生物学、高等数学、生物技术、电子技术等。现代流式细胞术更是在诸多的研究领域中具有十分广泛的应用。各个相关学科发展史的缩影体现了流式细胞术的发展史。

1 发展历史

1953年，通过分层鞘流原理，将红细胞光学自动计数器成功地设计出来；同年，研究出流式细胞仪的雏形；1954年，将光电粒子计数器发明出来；1959年，出现B 型 Coulter计数器；1965年， Kamemtsky 等将两个设想提出来：（1）通过分光光度计对细胞成分进行定量；（2）与测量值有效结合，对细胞予以分类；1967年，将细胞分选的方法提出来；1969年，第一台荧光检测细胞计问世；1972年，改进了细胞分选器；1975年，将单克隆抗体技术提出来。现阶段，在不断发展光电技术的影响作用下，逐渐模块化发展流式细胞仪，能够根据实验要求对其电子系统、检测器单元及光学系统等随意更换。21世纪，已经逐渐完善了流式细胞术，在细胞分析学领域，它已经成为一个十分重要的工具。

2 工作原理

流式细胞仪由分析系统、电子系统、光学系统、液流系统四个部分组成。它只可以对悬浮的微粒或单细胞的信号进行检测。荧光染色待测的微粒或细胞后，将悬液标本制成，在气体压力的作用下将待测样本向流动室内压入，在高压下将不含微粒或细胞的缓冲液从鞘液管中喷出，将一个圆形的流束形成，在鞘液的包裹下，待测细胞单行排列，在流式细胞仪的检测区域依次通过，通过激发光激后将荧光信号产生。以激光为激光光源，流式细胞仪能够通过聚焦整形后的光束在样品流上垂直照射，在激光束的照射下，被荧光染色的细胞会将激发荧光和散射光产生。在前向小角度对光散射信号进行检测，此为前向散射，此信号可以对细胞体积的大小进行反映。荧光信号的强度能够对所测细胞膜表面抗原的强度进行反映，通过光电倍增管接受后可以向电信号转换，再利用模转换器，将连续的电信号向可以被计算机识别的数字信号转换。计算机计算处理采集所测量到的各种信号，并在计算机屏幕上显示结果，或将其打印出来，或在硬盘上存储，以便进行深入的分析。

3 流式细胞术的应用

3.1 在医学中流式细胞术的应用

3.1.1 应用于免疫学中

随着荧光色素化学、单克隆抗体技术的不断发展，流式细胞仪已经成为一种“杂交体”。流式细胞仪存在定量、灵活、快速等特点，在临床实践应用和免疫理论研究等方面具有十分广泛的应用，在现代免疫技术中，它占据着十分重要的地位。特别是结合应用单克隆抗体，在机体免疫状态的监督、免疫分选、免疫分型等方面的作用非常重要。在不断完善和充实流式细胞测定技术、免疫学、肿瘤学、病理学及细胞学的研究发展中，它不仅可以补充荧光显微镜，且存在两者的全部特点和功能，所以在各学科领域、免疫学中发挥着十分重要的作用。

3.1.2 应用于肿瘤学中

通过流式细胞分析对细胞凋亡、耐药蛋白、癌基因蛋白产物、细胞表面标志、细胞增殖标志物进行定量分析检测，同时实施DNA倍体分析、细胞周期分析等，以便将组织形态学无法得到的信息获取到，便于预防和治疗肿瘤，并对肿瘤实施临床诊断。定量分析肿瘤细胞的DNA含量，对细胞周期进行解析，利用细胞异倍体对各种肿瘤的预后情况进行预测，同时可以在化疗期间指导化疗的时间、强度及药物的选择等。对抗癌药物的作用机制进行解析，在早期鉴别和诊断良恶性癌症方面具备重要的参考价值。除此之外，因流式细胞分析在研究抗癌基因、癌细胞、周期蛋白及凋亡等方面的作用也十分重要，近年来，肿瘤研究者对它的关注度越来越高，在肿瘤的临床和基础研究中已经得到十分广泛的应用，在肿瘤预后预测、疗效评价及诊断中发挥着关键的参考价值。在肿瘤治疗过程中，肿瘤细胞对化学药物的耐受性是其主要的障碍。对于肿瘤细胞来说，它主要包括继发性耐药和原发性耐药两种类型，在化疗之前原发性耐药在肿瘤细胞中存在，和用药没有关系，继发性耐药的发生和化学药物有关，也就是说在使用药物之前对药物存在一定的敏感性，其耐药在用药后产生。按照耐药谱的不同，将激发耐药分为两种类型，即多药耐药和原药耐药，多药耐药相关蛋白有多药耐药相关蛋白、P糖蛋白等，均为ATP酶活性转运蛋白，均会利用药物外排泵的作用，使细胞中药物的聚集降低。所以可以通过流式细胞分析对肿瘤细胞的多药耐药相关蛋白的表达水平进行检测，在临床肿瘤化疗药物的选择和化疗效果的监测方面发挥着十分重要的意义。

3.2 流式细胞术新技术的应用

3.2.1 液相芯片技术

近年来，在不断发展蛋白质组计划和人类基因组计划的影响作用下，在生命科学领域中，生物芯片技术这项新技术迅速发展起来，且大家对它的关注度越来越高。有机地结合流式细胞分析和生物芯片技术，在各种有荧光的微球上标记不同生物的蛋白、核酸等，在液相系统中以荧光标记微球为反应载体将生物学反应完成，也就是流式细胞术液相芯片技术。生物芯片技术能够在同一液相中对多个目的分子进行检测。例如检测血液中的多种白细胞介素。

3.2.2 定量流式细胞分析

对于定量流式细胞分析来说，它是通过流式细胞术定量分析微粒或细胞上标记的荧光分子，以便精确地测量细胞的生物分子，例如每个分子表达的抗原数、平均分子数等。定量流式细胞分析和以往的阳性细胞百分率或相对荧光强度的测量有所不同，其存在更加灵敏、准确的特点。例如在治疗和研究非典和获得性免疫缺陷综合症过程中，绝对记数外周血中的CD4+T 淋巴细胞，可以对临床疗效进行监测，同时能够将病情的进展充分反映出来。