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1、第十七章 流式细胞仪分析技术及应用第一节 概述一、工作原理二、散射光的测定三、荧光测量四、细胞分选原理第二节 数据的显示与分析一、参数二、数据显示方式三、设门分析技术第三节 流式细胞仪免疫分析的技术要求 一、免疫检测样品制备 二、免疫分析中常用的荧光染料与标记染色 三、免疫胶乳颗粒的应用 四、流式细胞免疫学技术的质量控制第四节 流式细胞术在免疫学检查中的应用一、淋巴细胞及其亚群的分析二、淋巴细胞功能分析三、淋巴造血系统分化抗原及白血病免疫分型四、肿瘤耐药相关蛋白分析五、AIDS病检测中的应用六、自身免疫性疾病相关HLA抗原分析七、移植免疫中的应用思考题 小结流式细胞术(flow cytomet
2、ry, FCM)是以流式细胞仪为检测手段的一项能快速、精确的对单个细胞理化特性进行多参数定量分析和分选的新技术。 流式细胞术最大的特点是能在保持细胞及细胞器或微粒的结构及功能不被破坏的状态下，通过荧光探针的协助，从分子水平上获取多种信号对细胞进行定量分析或纯化分选。 细胞不被破坏，测量快速、大量、准确、灵敏、定量流式细胞术的特点流式细胞仪是测量染色细胞标记物荧光强度的细胞分析仪，是在单个细胞分 析和分选基础上发展起来的对细胞的物 理或化学性质（如大小、内部结构、 DNA、RNA、蛋白质、抗原等）进行快速 测量并可分类收集的高技术。第一节 概述细胞组成细胞功能大小细胞表面/胞浆/核-特异性抗原粒
3、度细胞活性DNA, RNA含量胞内细胞因子蛋白质含量激素结合位点钙离子, PH值, 膜电位酶活性流式细胞仪常检测的细胞特性采用激光作为激发光源，保证其具有更好的单色性与激发效率；利用荧光染料与单克隆抗体技术结合的标记技术，保证检测的灵敏度和特异性；用计算机系统对流动的单细胞悬液中单个细胞的多个参数信号进行数据处理分析，保证了检测速度与统计分析精确性。 一、工作原理 （1） 液流系统（2） 光学系统（3） 数据处理系统1.流式细胞仪的基本结构： 由样本和鞘液组成 待测细胞 单个细胞的悬液 荧光染料标记的 单抗对其染色 受清洁气体压力 从样品管进入流动室形成样本流 鞘液：辅助样本流被正常检测的基质
4、液。主要作用是 包裹样本流的周围，保持样本流中细胞处于喷嘴中心 位置，防止其靠近孔壁而阻塞喷孔。（1）液流系统喷嘴Fluorescence signalsFocused laser beam鞘液液流系统示意图FCM的液流系统（如 何形成单个细胞流）样本管鞘液管 激光光源：气冷式氩离子激光器 分色反光镜：反射长/短波长，通过短/长 波长 光束成形器：两十字交叉放置的透镜 透镜组：形成平行光，除去室内光 滤片：长通、短通、带通 光电倍增管：FS, SS（散射光）， FL1, FL2, FL3, FL4（荧光）（2）光学系统Flow TipLaserSS and FL DetectorFS Dete
5、ctor光学系统示意图主要由计算机及其软件组成（3）数据处理系统基本工作原理单细胞液柱已标记的单细 胞悬液和鞘液硅化管流动室喷嘴荧光检测系统和散射光感受系统收集光信号荧光染料被 激发发光光电倍增管脉冲信号计算机系统 分析结果放大垂直相交形成稳态水平激光与之基本过程区别流式细胞仪显微镜光源激光自然光、灯光对象细胞、生物粒子细胞、组织等承载工具鞘液及流动室载玻片检测信号光学信号形态及染色放大方式PMT、放大电路目镜物镜、光学放大统计计算机，5000人工，200结果多参数，综合分析简单，单参数流式细胞仪与显微镜的区别细胞在液柱中与激光束相交时 向周围360立体角方向散射的光线信号，它的强弱与细胞的大
6、小、形 状、胞内颗粒折射等有关，主要分 为前向散射光和侧向散射光。二、散射光的测定前向散射光（forward scatter, FS）：激光束照射细胞时，光 以相对轴较小角度(0.510)向前方散射的讯号用于检测细 胞等粒子的表面属性，信号强弱与细胞体积大小成正比。FALS SensorLaser前向散射光示意图侧向散射光（side scatter, SS）：激光束照射细 胞时，光以90角散射的讯号，用于检测细胞内部 结构属性。FALS Sensor90LS SensorLaser侧向散射光示意图测得的FS与SS信号通过计算机处理， 可得到FS-SS图，由 此可仅用散射光信号 对未染色的活细胞
7、进 行分析或分选。此为血细胞分类的基本原理，但不能 分析表面分子。淋巴细胞单核细胞中性粒细胞光散射测量最有效用途：从非均一群体中鉴别出某些亚群 荧光信号由被检细胞上标记的特异性荧光染料受激 发后产生，发射的荧光波长与激发光波长不同。 每种荧光染料会产生特定波长的荧光和颜色，通过 波长选择通透性滤片，可将不同波长的散射光和荧 光信号区分开，送入不同的光电倍增管。 选择不同的单抗及染料就可同时测定一个细胞上的 多个不同特征。 线性放大器和对数放大器三、荧光测量荧光染料的特性激发波长(EXCITING)发射波长(EMISSION)荧光补偿通过流式细胞仪进行细胞分选主要是在对具有某种特征的细胞需进一步
8、培养和研究时进行的。四、细胞分选原理细胞悬液形成液流柱流动室振动液流断裂成液滴空白液滴含细胞的液滴弃去偏转落入收集器压电晶体产生机械振动不充电充电（一）分选基本原理 分选速度：单位时间内分选的细胞数量。与悬 液中细胞的含量成正比。 分选纯度：分选出的目的细胞占所有收获细胞 的百分率。 分选收获率：实际收获的分选细胞与设定通过 测量点的分选细胞之间的比率。与纯度成反比。 分选得率：从一群体细胞悬液中分辨出目的细 胞的总量，再经分选后得到目的细胞的实际得 率。与分选速度成反比。（二）分选的技术要求 参数：FS,SS,FL 数据显示方式 （单参数直方图 、双参数散点图 、二维等高图 、假三维等高图
9、、三参数散点图 ） 设门分析技术 第二节 数据的显示与分析FS：反映颗粒的大小SS：反映颗粒的内部结构复杂程度FL：反映颗粒被染上的荧光数量多少一、 参数 单参数直方图 双参数直方图:点图二维等高图假三维等高图 三参数直方图 多参数分析直分析方图设门分析:REGION和GATE设置二、数据显示方式由一维参数(散射光或荧光)与颗粒计数(COUNT)构成，反映同样散射光或荧光强度的颗粒数量的多少。（一）单参数直方图单参数直方图细胞相对数量信道(channel ) 双参数直方图：纵轴和横轴分别代表被测 量细胞的两个测量参数，根据这两个参数 就可以确定细胞在图上的表达位置。 双参数信号通常采用对数信号
10、，最常用的 是点密图，在图中，每个点代表一个细胞 ，点图利用颗粒密度反映同样散射光或荧 光强度的颗粒数量的多少。（二）双参数直方图1.双参数直方图点图绿色荧光强度红色荧光强度双参数直方图点图2. 二维等高图 由类似地图上的等高线组成，其本质也是 双参数直方图。 等高图上每一条连续曲线上具有相同的细 胞相对或绝对数，即“等高”。 曲线层次越高(越里面的线) 所代表的细胞 数愈多。 等高线越密集则表示细胞数变化率越大。二维等高图3. 假三维等高图（三）三参数直方图多参数分析：当细胞标记了多色荧光，被激发光激发后，得到的荧光信号和散射光信 号可根据需要进行组合分析。（四）流式细胞仪的多参数分析Gat
11、e设置：指在某一张选定参数的直方图上，根据该图的细胞群分布选定其中想要分析的特定细胞群，并要求该样本所有其他参数组合的直方图只体现这群细胞的分布情况。根据门的形状又分为了线性门、矩形门、圆 形门、多边形门、任意形状门和十字门。 三、设门分析技术A 淋巴细胞B 单核细胞C 中性粒细胞A、B、C均 为任意门线性门 Region设置: 区阈（region, R）与门(gate, G ) 是两个相关的概念，区阈可与门对应，但是也可以包含于门。D1 CD4+/CD3-D2 CD4+/CD3+D3 CD4- /CD3-D4 CD4- /CD3+如十字门分析时，起就可以由四个区域构成，即 G=D1+D2+D
12、3+D4。 样本制备 标记染色 液相芯片技术 质量控制 第四节 流式细胞仪免疫分析的技术要求 外周血淋巴细胞样品的制备 分离单个核细胞培养细胞的样品制备蛋白酶消化 机械吹打 使贴壁细胞脱落 洗涤 尼龙网过滤单细胞悬液一、免疫检测样品制备新鲜实体组织单细胞悬液的制备 机械法 酶处理法 化学试剂处理法 表面活性剂处理法单细胞悬液的保存 深低温保存法（一年） 乙醇或甲醇保存法（2周） 甲醛或多聚甲醛保存法（2月）适用条件: 有较高的量子产额和消光系数 对488nm的激发光波长有较强的吸收 发射光波长与激发光波长间有较大的波长差 易与标记单抗结合而不影响抗体的特异性二、常用的荧光染料与标记染色FITC
13、Texas redPE.PC.APCPEcy5FL1FL2FL3FL4激光细 胞 悬 液异硫氰酸荧光素得州红能量传递复合染料藻胆蛋白类（一）几种常见的荧光染料名称染料激发 波长荧光颜 色溶解性对PH敏感 性特点异硫氰酸荧 光素FITC488绿 525易敏感易溶于水，与抗体结 合不影响特异性得州红Texas red568红 615不易不敏感稳定，偶联后量子产 额低藻红蛋白PE488橙 575 易不敏感具较多发光基团，消 光系数和量子产额高藻青蛋白PC488别藻青蛋白APC633红 670能量传递复 合染料PEcy5488红 670易不敏感减少交叉，成本高常用的几类荧光染料用化学法将两种不同激发波
14、长的染料结合在一起，在488nm激发光照射下，通过 一个荧光染料被激发后产生的发射波长再 激发另一荧光染料产生荧光信号，从而检 测到该特定荧光信号。能量传递复合染料PECY5CY5CY5488nm575nm670nm红色荧光花青苷5藻红蛋白能量传递复合染料机制荧光染料与细胞成分的四种结合方式 结构亲和式 嵌入结合 共价键结合 荧光标记抗体特异性结合免疫荧光标记方法 直标:干扰少,但需购买多种单抗 间标:步骤多,干扰多,不需标记多种抗体 组合标记（二）免疫荧光标记 免疫胶乳颗粒的应用即液相芯片技术是把微小的乳胶微球分别染成上百种不同的荧光色，把针对不同检测物的乳胶微球混合后再加入待标本，在悬液中
15、与微粒进行特异性地结合，经激光照射后不同待测特产生不同颜色，并可进行 定量分析。因检测速度极快，所以又有“液相芯片”之称 。三、免疫胶乳颗粒技术的应用微小的乳胶微球分别染成上百种不同的荧光色（固相芯片是用探针在芯片上的坐标位置给基因的特异性编码；而液相芯片则是用颜色来编码）通过对标记不同荧光素分子的检测，实现FCM对可溶性物质的定量分析 适当的制备方式 处理红细胞 实体组织来源标本用机械法 温度2537，pH7.07.2四、流式细胞免疫学技术的质量控制（一）单细胞悬液制备的质控 温度 pH 染料浓度 固定剂（二）免疫荧光染色的质控 光路与流路校正: 确保激光光路与样品 流处于正交状态，减少变异
16、（CV）。 PMT（光电倍增管）校准: 保证样品检测 时仪器处于最佳灵敏度工作状态。 绝对计数校准: 保证计数的准确性。Flow-checkFlow-checkFlow-setFlow-setFlow-countFlow-count（三）仪器操作的质控 同型对照：即免疫荧光标记中的阴性对照，选用相同源性的未标记单抗作为对照调整和设置电压，以保证特异性。 全程质量控制：与待测标本一起标记和检测，结果达靶值，提示本次实验结果可靠。（四）免疫检测的质控流式细胞术目前已广泛地被应用于免疫学基础研究和逐步进入临床应用各方面，用流式细胞仪对细胞表面的抗原成分进行标记分析，可区别多种细胞的特性，为细胞免疫的研究增加了有效的手段和帮助。 第四节 在免疫学检验中的应用T淋巴细胞及其亚群分析Th(CD3+CD4+CD8-T); Tc(CD3+CD4-CD8+
