流式細(xì)胞術(shù)原理及應(yīng)用PPT精選文檔

1、1流式細(xì)胞術(shù)原理及應(yīng)用2一、什么是流式細(xì)胞術(shù)？一、什么是流式細(xì)胞術(shù)？ 流式細(xì)胞儀的構(gòu)造流式細(xì)胞儀的構(gòu)造二、怎樣設(shè)計(jì)流式實(shí)驗(yàn)？二、怎樣設(shè)計(jì)流式實(shí)驗(yàn)？三、流式實(shí)驗(yàn)中涉及到的關(guān)鍵步驟三、流式實(shí)驗(yàn)中涉及到的關(guān)鍵步驟四、常見流式細(xì)胞術(shù)應(yīng)用四、常見流式細(xì)胞術(shù)應(yīng)用3一、流式細(xì)胞術(shù)基本概念 流式細(xì)胞術(shù)（Flow Cytometry）是對(duì)于處在快速直線流動(dòng)中的細(xì)胞和生物顆粒進(jìn)行多參數(shù)、快速的定量分析和分選技術(shù). 研究對(duì)象為生物顆粒，如各種細(xì)胞、微生物及人工合成微球等。 對(duì)生物顆粒的物理參數(shù)及生物學(xué)特性進(jìn)行定性和定量分析。45流式細(xì)胞儀構(gòu)造圖6流式細(xì)胞儀五大系統(tǒng) 流動(dòng)室與液流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)流動(dòng)室與液流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 激光光源

2、及光束成形系統(tǒng)激光光源及光束成形系統(tǒng) 光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng) 信號(hào)檢測(cè)與分析系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)與分析系統(tǒng) 細(xì)胞分選系統(tǒng)細(xì)胞分選系統(tǒng)7流動(dòng)室與液流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Injector TipSheath fluid流動(dòng)室，430180um,鞘液1.空氣加壓進(jìn)樣2.蠕動(dòng)泵精確定量進(jìn)樣8激光光源與光束成形系統(tǒng)1.氬離子氣體激光器，2266um2.固體激光器405nm, 488nm,561nm,635nm9光學(xué)系統(tǒng)透鏡、濾光片、小孔；LP：long-pass filter SP：short-pass filterBP：band-pass filter460 500 54010信號(hào)檢測(cè)與分析系統(tǒng)物理參數(shù)FSC：前向角散色光，

3、代表細(xì)胞大小SSC：側(cè)向角散色光，代表細(xì)胞顆粒度11粒細(xì)胞粒細(xì)胞單核細(xì)胞單核細(xì)胞淋巴細(xì)胞淋巴細(xì)胞紅細(xì)胞、死細(xì)胞和碎片紅細(xì)胞、死細(xì)胞和碎片 實(shí)驗(yàn)中，常利用FSC和SSC這兩種參數(shù)的組合，區(qū)分不同的細(xì)胞群體，去除碎片、死細(xì)胞和粘連細(xì)胞的干擾。12 閾值：溶液中的雜質(zhì)或者死細(xì)胞，很容易產(chǎn)生微小的干擾信號(hào)，所以必須設(shè)置閾值，排除雜質(zhì)、細(xì)胞碎片或體積較小的死細(xì)胞。 FSC反映細(xì)胞體積的大小，F(xiàn)CM應(yīng)用時(shí)常選取FSC設(shè)定閾值。5%32%默認(rèn)閾值升高閾值后13熒光信號(hào)細(xì)胞自發(fā)熒光特異熒光素標(biāo)記激發(fā)的熒光信號(hào)熒光信號(hào)的線性測(cè)量和對(duì)數(shù)測(cè)量-光電倍增管 1）檢測(cè)光子，轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 2）將電信號(hào)等比例的放大熒光信號(hào)

4、的面積、寬度和高度14 由于光信號(hào)比較弱，需將其等比例放大，方便計(jì)算機(jī)分析處理，一般信號(hào)的放大可以使用線性或?qū)?shù)兩種方式。 一般FSC和SSC變異范圍較小，故使用線性放大；熒光信號(hào)變異范圍較大，多使用對(duì)數(shù)放大。線性測(cè)量：DNA含量、RNA含量、總蛋白含量對(duì)數(shù)測(cè)量：細(xì)胞膜表面抗原檢測(cè)15直方圖（Distribution Histogram）橫坐標(biāo)：道數(shù)縱坐標(biāo)：細(xì)胞數(shù)散點(diǎn)圖（Dot Plot）橫坐標(biāo)：某細(xì)胞參數(shù)相對(duì)含量縱坐標(biāo)：該細(xì)胞另一參數(shù)含量等高線圖（Contour Plot）16細(xì)胞分選系統(tǒng)MACS 技術(shù)技術(shù)：Magetic Activated Cell Sorting 免疫學(xué)+細(xì)胞生物學(xué)+磁

5、力學(xué)電荷式分選超聲振動(dòng)器(15-100kHz)液流充電系統(tǒng)高壓偏轉(zhuǎn)板收集裝置(流式管、離心管、培養(yǎng)板、載波片等)1718二、熒光素?zé)晒獾母拍睿?激發(fā)波長(zhǎng)Excitation wavelength發(fā)射波長(zhǎng)(熒光波長(zhǎng))Emission wavelength19激發(fā)光譜：特異性地激發(fā)某種熒光素的一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光發(fā)射光譜：某一波長(zhǎng)激發(fā)光引起熒光素發(fā)射的熒光 熒光素（FITC/PE/PerCP/APC等)抗體偶聯(lián)熒光素；分子探針結(jié)合熒光素Annexin V-FITC； 熒光染料/熒光化合物PI、7-AAD等插入核酸鏈中；CFSE和蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合； 熒光蛋白-如GFP、RFP、YFP、CFP、mCher

6、ry、DsRed等，自身發(fā)熒光。20常用熒光素21常用熒光染料 PI（碘化丙啶 535, 623） 可選擇性的插入核酸雙螺旋堿基對(duì)中。常用于DNA分析，需要用RNase處理細(xì)胞排除RNA對(duì)DNA熒光定量的影響；PI不能透過(guò)活細(xì)胞膜，常用于鑒定死細(xì)胞。 7-AAD（7-氨基放線菌素D 545, 647 ） 以插入的方式與DNA鏈的G-C堿基對(duì)結(jié)合，不能透過(guò)活細(xì)胞膜，常用于鑒定死細(xì)胞。 DAPI（4,4,6-二脒基二苯基吲哚 358, 456） 可以非嵌入方式與DNA鏈上的A-T堿基對(duì)特異性結(jié)合。變異系數(shù)明顯小于其他染料，一種理想的DNA定量染料。 Hoechst（343, 450）常見為Hoec

7、hst33342和Hoechst33258，非嵌入的方式與DNA鏈上的A-T堿基對(duì)結(jié)合。能對(duì)活細(xì)胞染色，用于活細(xì)胞DNA定量分析，如精子分選；還用于側(cè)群細(xì)胞的分選。 PY（派若寧 560, 573） RNA染料，能進(jìn)入活細(xì)胞。 AO（吖啶橙 509, 525） DNA、RNA染料，染色后DNA呈黃綠色熒光，RNA呈橙黃色熒光，可進(jìn)行DNA/RNA雙參數(shù)分析。22三、如何設(shè)計(jì)流式實(shí)驗(yàn)確定實(shí)驗(yàn)要檢測(cè)的marker選擇合適的熒光素標(biāo)記的抗體選擇合適的同型對(duì)照抗體細(xì)胞處理（全血，培養(yǎng)的細(xì)胞）染色（室溫，20min）離心洗滌（全血裂紅）上機(jī)檢測(cè)準(zhǔn)備工作：實(shí)驗(yàn)步驟：23 A、根據(jù)機(jī)器配置選擇熒光素 多色標(biāo)

8、記熒光素搭配原則：每個(gè)通道只能選擇一種熒光素；各個(gè)通道之間的熒光素可以隨意搭配。 FACSCalibur常用四色搭配：FITC、PE、PerCP、APC。1)熒光素的選擇：24B、根據(jù)抗原表達(dá)強(qiáng)弱合理分配熒光素 熒光素的強(qiáng)度：染色指數(shù) Stain IndexStain Index = D/WCD425 高表達(dá)的抗原可用不太“亮”的染料，更“亮”的熒光素分配給表達(dá)低的抗原： CD4-FITC、CD25-APC、FoxP3-PEFSCSSCCD4 FITCSSCCD25 APCFoxp3 PE26 盡量選擇光譜重疊小的熒光素，如FITC/PE-Cy7； 選擇不同激光激發(fā)的熒光素，如FITC/APC

9、，PE/APC；C、選擇光譜重疊小的染料27D、盡量避免偶聯(lián)染料使用帶來(lái)的假陽(yáng)性0 hour2 hours22.5 hoursPECD3 PE-Cy5CD3 PE-Cy5CD8 PE-Cy7CD8 PE-Cy7樣本曝光時(shí)間283）流式試驗(yàn)對(duì)照設(shè)置 A、空白對(duì)照 Negative Control細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)自身也發(fā)出熒光，能被FCM靈敏的檢測(cè)到，這種未染色的細(xì)胞自身發(fā)出的一些熒光稱為自發(fā)熒光。設(shè)置空白對(duì)照（未染色的細(xì)胞），用以區(qū)分細(xì)胞的自發(fā)熒光和特異性熒光，避免假陽(yáng)性的結(jié)果。29 流式結(jié)果中熒光強(qiáng)弱是一個(gè)相對(duì)值，光電倍增管電壓越大，電子信號(hào)越強(qiáng)；電壓越小，信號(hào)越弱。 通過(guò)調(diào)節(jié)電壓，使陰性對(duì)照管的熒

10、光強(qiáng)度處于陰性的位置，實(shí)驗(yàn)組的熒光值都是相對(duì)對(duì)照組。00100100230同型對(duì)照抗體：與實(shí)驗(yàn)染色的單克隆抗體特異性無(wú)關(guān)的免疫球蛋白亞型（Fc段相同，F(xiàn)（ab）2段不同）與染色的單克隆抗體：相同種屬來(lái)源 相同免疫球蛋白及亞型相同熒光素標(biāo)記 相同劑量和濃度但由未免疫動(dòng)物血清純化而來(lái)用此消除由于抗體非特異性結(jié)合到細(xì)胞表面Fc受體而產(chǎn)生的背景染色B、同型對(duì)照 Isotype Control31C、陽(yáng)性對(duì)照 Positive Control 設(shè)置陽(yáng)性對(duì)照是為了檢測(cè)熒光抗體是否有效，并不是每次分析時(shí)都必須設(shè)置：使用新的熒光素抗體時(shí)；使用存儲(chǔ)時(shí)間較長(zhǎng)的熒光素抗體時(shí)。 設(shè)置陽(yáng)性對(duì)照的方法：用肯定表達(dá)有該抗原

11、的細(xì)胞來(lái)檢測(cè)；已經(jīng)證明有效的、偶聯(lián)其他熒光素的該抗原的抗體。32什么是熒光補(bǔ)償？糾正熒光素發(fā)射光譜重疊為什么要進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)？520400500600700575665D、 單標(biāo)對(duì)照 Single Staining Control3334補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法：FL-1(FITC)FL-2(PE)FL-1(FITC)FL-2(PE)FL2 - %FL1FL-1(FITC)FL-2(-)FL-1(-)FL-2(PE)FL1 - %FL2BeforeCompensationAfter CompensationFITC 單標(biāo)PE 單標(biāo)35什么樣的補(bǔ)償最合適？ 單染管的陰性群體和陽(yáng)性群體在所需調(diào)節(jié)通道的熒光Med

12、ian值相等時(shí)為最合適的補(bǔ)償。UncompensatedCompensatedFL1-FITC stainFL2-no stainFL1-FITC stainPE-Medianneg PE-MedianposFL1-FITC stainOvercompensated36準(zhǔn)確補(bǔ)償?shù)闹匾?7補(bǔ)償調(diào)節(jié)要合適未補(bǔ)償未補(bǔ)償正確補(bǔ)償正確補(bǔ)償FITC-PE補(bǔ)償太大補(bǔ)償太大PE-FITC補(bǔ)償太大補(bǔ)償太大38 使用單種熒光素標(biāo)記的單克隆抗體和其余熒光素對(duì)應(yīng)的同型對(duì)照抗體分別染色 n色分析就要制備n 個(gè)補(bǔ)償對(duì)照管舉例：雙染實(shí)驗(yàn)39設(shè)門與數(shù)據(jù)分析 門(Gate，簡(jiǎn)寫G)是流式細(xì)胞術(shù)中的一個(gè)重要術(shù)語(yǔ)，F(xiàn)CM數(shù)據(jù)分析

13、過(guò)程實(shí)際上就是選門和設(shè)門的過(guò)程。40流式結(jié)果十字門十字門線性門線性門41黏附因子黏附因子表面受體表面受體細(xì)胞因子細(xì)胞因子分泌到胞外的分泌到胞外的細(xì)胞因子細(xì)胞因子胞內(nèi)抗原胞內(nèi)抗原核酸含量核酸含量核內(nèi)抗原核內(nèi)抗原細(xì)胞功能細(xì)胞表面、胞漿、核的特異性抗原細(xì)胞活性細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞因子酶活性細(xì)胞受體細(xì)胞內(nèi)鈣離子流式細(xì)胞儀檢測(cè)范圍42=HIV免疫分型，免疫分型，CD4絕對(duì)計(jì)數(shù)絕對(duì)計(jì)數(shù)=白血病和淋巴瘤的免疫分型白血病和淋巴瘤的免疫分型=腫瘤的細(xì)胞周期和倍體分析腫瘤的細(xì)胞周期和倍體分析=網(wǎng)織紅細(xì)胞計(jì)數(shù)網(wǎng)織紅細(xì)胞計(jì)數(shù)=細(xì)胞移植的交叉配型和免疫狀態(tài)監(jiān)測(cè)細(xì)胞移植的交叉配型和免疫狀態(tài)監(jiān)測(cè)=干細(xì)胞計(jì)數(shù)干細(xì)胞計(jì)數(shù)=殘量白血病細(xì)胞

14、檢查殘量白血病細(xì)胞檢查=HLA-B27檢查檢查=血小板功能及相關(guān)疾病血小板功能及相關(guān)疾病醫(yī)學(xué)應(yīng)用43科研應(yīng)用在免疫學(xué)研究中的應(yīng)用在免疫學(xué)研究中的應(yīng)用: : 鑒定免疫細(xì)胞類型抗原特異性T細(xì)胞研究細(xì)胞因子分泌細(xì)胞研究全血細(xì)胞研究凋亡檢測(cè)細(xì)胞增殖檢測(cè)干細(xì)胞向免疫細(xì)胞分化的研究轉(zhuǎn)染熒光蛋白細(xì)胞系研究稀有細(xì)胞檢測(cè)。 在神經(jīng)生物學(xué)研究中的應(yīng)用：在神經(jīng)生物學(xué)研究中的應(yīng)用： 神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)祖細(xì)胞的特性研究； 不同類型的神經(jīng)細(xì)胞的鑒定和功能研究；星形膠質(zhì)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞的鑒定和功能研究；檢測(cè)細(xì)胞活性，細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期；神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程研究干細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞分化研究。44在腫瘤研究中的應(yīng)用：在腫瘤研究中的應(yīng)用：細(xì)

15、胞凋亡的檢測(cè)；細(xì)胞周期分析；細(xì)胞增殖研究；熒光蛋白分析；腫瘤干細(xì)胞的鑒定和功能分析；循環(huán)腫瘤細(xì)胞的鑒定和功能分析；實(shí)體瘤細(xì)胞的檢測(cè)分析（腫瘤組織解離成單細(xì)胞后）；腫瘤細(xì)胞系表型分析；細(xì)胞活性的檢測(cè)；。在細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)研究中在細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)研究中的應(yīng)用：的應(yīng)用：檢測(cè)細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率；檢測(cè)轉(zhuǎn)導(dǎo)效率；分析細(xì)胞中熒光蛋白的表達(dá)；分析蛋白蛋白之間的相互作用（FRET）分析細(xì)胞活性，細(xì)胞凋亡，和細(xì)胞周期；研究細(xì)胞的分化過(guò)程；研究細(xì)胞增殖；。45在高通量檢測(cè)和新藥研發(fā)中的應(yīng)用：在高通量檢測(cè)和新藥研發(fā)中的應(yīng)用：細(xì)胞功能變化的研究；細(xì)胞周期和活性；細(xì)胞凋亡；細(xì)胞增殖；新藥研發(fā)；培養(yǎng)基研發(fā)；。海洋生物

16、學(xué)海洋生物學(xué)富集和分析細(xì)菌，藻類，浮游植物等微生物學(xué)微生物學(xué)細(xì)菌和酵母檢測(cè)；熒光蛋白檢測(cè)。生物燃料生物燃料 Bodipy和/或 Nile Red中脂類的定量藻類，藍(lán)藻細(xì)菌，酵母和細(xì)菌等生物的富集464.1 細(xì)胞周期檢測(cè) 處于不同細(xì)胞周期的細(xì)胞DNA含量不同，G0/G1期細(xì)胞含有二倍體量的DNA，G2/M期細(xì)胞含有四倍體量的DNA，而S期細(xì)胞DNA含量處于二倍體和四倍體量之間。 DNA熒光染料能與DNA結(jié)合，DNA含量的多少與熒光染料的結(jié)合量成正比，熒光強(qiáng)度反應(yīng)了DNA吸收熒光分子的多少。通過(guò)流式檢測(cè)就能反映細(xì)胞內(nèi)DNA的含量，區(qū)分細(xì)胞周期的G0/G1期、S期和G2/M期細(xì)胞比例。四、常見流式細(xì)

17、胞術(shù)應(yīng)用47 細(xì)胞周期分析核酸染料細(xì)胞膜非通透性染料：PI(碘化丙啶)、EB(溴化乙啶)，不能進(jìn)入完整細(xì)胞膜，標(biāo)記時(shí)需要通過(guò)固定等方法增加細(xì)胞膜的通透性。細(xì)胞膜通透性染料：Hoechst、DPAI等能染活細(xì)胞的DNA，但需紫外激光激發(fā)。 PI標(biāo)記法檢測(cè)細(xì)胞周期需要乙醇固定增加細(xì)胞膜的通透性；需要加RNase，去除RNA對(duì)DNA的干擾。48 PI法檢測(cè)細(xì)胞周期一般步驟：收集單細(xì)胞懸液(1 106個(gè))，緩慢加入1 ml預(yù)冷的70乙醇，于4固定過(guò)夜，或-20長(zhǎng)期固定。離心收集細(xì)胞，再以1ml PBS徹底洗去乙醇；去上清后加入染色液(包含50ug/ml PI，100ug/ml RNase A，0.2%

18、 Triton X-100)，37 染色30min后上機(jī)檢測(cè)。49細(xì)胞周期檢測(cè)結(jié)果 通過(guò)流式檢測(cè)，能得出G0/G1期、S期和G2/M期細(xì)胞比例。 增殖指數(shù)(proliferous index, PI)：指處于S期和G2/M期細(xì)胞之和占總細(xì)胞的比例，反映了細(xì)胞的增殖能力。 CV值(變異系數(shù))：衡量?jī)x器測(cè)量分辨率和精度的指標(biāo)。脾臟細(xì)胞脾臟細(xì)胞培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞50DNA倍體檢測(cè) 病變腫瘤細(xì)胞常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和染色體異常，流式檢測(cè)DNA含量能反映異倍體情況。 DNA指數(shù)(DNA index, DI)：(樣本的G0/G1期峰平均熒光道數(shù))/(正常二倍體細(xì)胞G0/G1期峰平均熒光道數(shù))。 倍體(ploi

19、dy)：染色體數(shù)目。二倍體 DI=1；四倍體 DI=2；二倍體四倍體之外統(tǒng)稱異倍體。二倍體二倍體四倍體四倍體異倍體異倍體51小鼠精子單倍體細(xì)胞小鼠精子單倍體細(xì)胞52亞二倍體(Sub-G1)峰的檢測(cè) 凋亡細(xì)胞核小體崩解，DNA含量減少，加之由于DNA的降解，與熒光染料的結(jié)合減少，因此DNA染料的著色能力下降，熒光強(qiáng)度降低，表現(xiàn)在G1峰前出現(xiàn)亞二倍體峰，即亞G1峰(凋亡峰)。細(xì)胞凋亡峰細(xì)胞凋亡峰 Sub-G1四倍體峰四倍體峰二倍體峰二倍體峰PINumber534.2 Annexin V/PI雙染法檢測(cè)細(xì)胞凋亡 正常細(xì)胞膜是不對(duì)稱性的，胞漿面含有帶負(fù)電的磷脂(如磷脂酰絲氨酸, PS)。早期凋亡時(shí)，細(xì)胞表面不對(duì)稱性發(fā)生改變，PS外翻到胞外側(cè) Annexin V是一種Ca2+依賴性的對(duì)PS有高度親和力的磷脂結(jié)合蛋白，可作為探針識(shí)別膜表面是否有PS，從而識(shí)別凋亡細(xì)胞。54 PI常用于鑒別死細(xì)胞。凋亡細(xì)胞的細(xì)胞膜仍然是完整的，所以PI不能進(jìn)入早期凋亡細(xì)胞核內(nèi)。Annexin V-FITCAnnexin V-FITCPIPI活細(xì)胞活細(xì)胞早期凋亡