流式分选：解锁生物学奥秘的细胞冒险之旅

niwanmao

流式分选，这项神奇的技术，可以像精确的细胞猎人一样，将细胞分门别类，让科学家们能够深入研究不同类型的细胞，解开生物学的奥秘。每个细胞都蕴藏着无限的可能性，通过流式分选，我们可以逐一揭开它们的神秘面纱。

William G. Telford在Frontiers in Mecidine杂志上发表了一篇综述，从流式分选的历史和发展、机制、使用分选时的一些重要注意事项、基于微液流的新型技术以及分选的应用等方面进行了介绍。

流式分选的起源和早期发展

流式分选技术的首次开发与 20 世纪 60 年代和 70 年代最早的流式细胞仪类似。 Mac Fulwyler 和 Leonard Herzenberg 实验室等先驱研究人员认识到，分析细胞只是问题的一半——根据细胞的特性分离特定的亚群，可以实现更深层次的研究。最早的实用流式分选仪之一是与斯坦福大学共同开发的 Becton Dickinson FACS I，这些早期系统使用压电液滴生成和充电/偏转分离细胞。

整个 70 年代和 80 年代，通过分选纯化细胞和培养加速了造血和免疫学的研究，深化了我们对免疫细胞分化的理解。然而，分选通量有限，并且为基因组/蛋白质组方法获得足够的细胞具有挑战性。如今，这些技术需要的细胞少得多，从而极大地提高了分选仪的实用性。

静电流式分选

大多数商业流式分选仪仍然依赖于这些早期系统中开发的静电液滴分选技术。细胞通过流体力学聚焦到与激光相交的液流中，然后该液流由压电晶体振荡以产生单独的液滴。根据每个细胞的荧光和散射特性，在液滴形成之前，该流会被短暂充电，从而使包含分选细胞的单个液滴带正电或负电。然后高压板将带电液滴偏转到收集管中。

这种方法现在可以实现每秒分选 30000 个事件，纯度超过 95%，尽管通量因细胞类型和标记物而异。通过适当的表型分析和设门，可以高纯度地分离出低至单细胞的细胞群。直接选到PCR板的能力也彻底改变了单细胞 RNA 测序等应用。

分选时需要注意的关键事项

使用流式分选时，必须优化几个因素，包括喷嘴尺寸、压力、流振荡频率/周期以及从询问点到液滴断裂点的距离。较大或易碎的细胞需要较低的压力和较大的喷嘴直径，以避免在分选过程中损坏。稀有细胞类型可能需要牺牲纯度以获得足够的数量。流式分选仪在收集活细胞时还可能面临污染挑战，需要无菌方案和抗生素培养条件。

基于微液流的流式分选

较新的基于微流控芯片的系统比传统的静电分选具有优势。通过操纵微观通道中的流体流动，微流体装置可以在较低的压力下更温和地分析和分离细胞。此外，微流体可以更严格地控​​制单细胞定位，有助于单细胞分析等应用。尽管目前微流控分选机的通量比分选仪慢，但这项技术正不断改进。商业的例子包括 Sony SH800 和 Nanocellect Wolf，一次性分选盒的形式对于临床细胞处理应用具有优势。将复杂的流体、光学和探测器集成到便携式分选芯片中，给分选的便捷性带来了可能。

流式分选的应用

免疫表型分析和免疫细胞亚群的发现是流式分选技术的最早且最具影响力的应用之一。这项技术主要用于分析不同免疫细胞群表面的细胞表面蛋白表达，从而确定白细胞谱系并借助多标记分析发现新的细胞类型。早期的突破性研究通过分选技术成功分离了T细胞、B细胞和单核细胞等亚群，这些成果现已广泛收录于教科书中。

在造血干细胞生物学领域，流式分选技术被用于纯化稀有造血干祖细胞群，并通过培养和谱系追踪实验定义造血层级。识别这些群体的表面标记物对于了解血液和免疫系统的发育至关重要，而流式分选技术至今仍是许多干细胞研究的基础。

此外，流式分选技术在发育和干细胞生物学领域的应用也超越了血液研究。该技术有助于分离特定的祖细胞群，从而促进了发育生物学的开创性发现，例如识别神经干/祖细胞亚群以及解析皮肤等组织中的异质性干细胞池。目前，在再生研究中，纯化细胞类型和追踪器官形成过程中的谱系仍具有重要作用。

在癌症免疫学和免疫疗法方面，多色分选技术获得的高纯度肿瘤浸润淋巴细胞为现代癌症免疫学的发展奠定了基础。研究人员利用这些群体揭示了免疫逃避机制，并发现了免疫治疗的潜在靶点。现在，流式分选技术已能分离罕见的抗原特异性T细胞，或改造嵌合抗原受体T细胞用于新型免疫治疗。

基因组和表观基因组分析方面，流式分选技术为组学方法提供了纯化的群体，从而实现了对基因表达、染色质、非编码RNA等多种细胞状态的详细表征。该技术在单细胞测序前作为常规的样本制备技术，以获取不同细胞类型的信息。

最后，流式分选技术在转化应用方面也取得了显著成果，尤其是在临床诊断、移植预处理和新兴细胞疗法等方面。例如，从活检组织中纯化肿瘤细胞进行分子谱分析，清除污染细胞类型，或富集特定群体。

总之，自 20 世纪 60 年代诞生以来，流式细胞术流式分选已被证明是生物医学研究中最具影响力的技术之一。所以，让我们一起踏上这场细胞冒险之旅，解锁生物学的奥秘吧！记住，Unlocking Biology's Secrets One Cell at a Time

参考文献：Telford WG. Flow cytometry and cell sorting. Front Med (Lausanne). 2023;10:1287884. Published 2023 Nov 22. doi:10.3389/fmed.2023.1287884