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第一节 流式细胞术简介(2)

时间:2006-06-25 14:12来源:大众医药网 作者:admin

  减少自发荧光干扰、提高信噪比的主要措施是:①尽量选用较亮的荧光染料;②选用适宜的激光和滤片光学系统;③采用电子补偿电路,将自发荧光的本底贡献予以补偿。

  (2)样品分选原理:流式细胞计的分选功能是由细胞分选器来完成的。总的过程是:由喷嘴射出的液柱被分割成一连串的小水滴,根据选定的某个参数由逻辑电路判明是否将被分选,而后由充电电路对选定细胞液滴充电,带电液滴携带细胞通过静电场而发生偏转,落入收集器中;其它液体被当作废液抽吸掉,某些类型的仪器也有采用捕获管来进行分选的。

  稳定的小液滴是由流动室上的压电晶体在几十KHz的电信号作用下发生振动而迫使液流均匀断裂而形成的。一般液滴间距约距约数百μm。实验经验公式f=v/4.5d给出形成稳定水滴的振荡信号频率。其中v是液流速度,d为喷孔直径。由此可知使用不同孔径的喷孔及改变液流速度,可能会改变分选效果。使分选的含细胞液滴在静电场中的偏转是由充电电路和偏转板共同完成的。充电电压一般选+150V,或-150V;偏转板间的电位差为数千伏。充电电路中的充电脉冲发生器是由逻辑电路控制的,因此从参数测定经逻辑选择再到脉冲充电需要一段延迟时间,一般为数十ms。精确测定延迟时间是决定分选质量的关键,仪器多采用移位寄存器数字电路来产生延迟。可根据具体要求予以适当调整。

  (50)数据处理原理:FCM的数据处理主要包括数据的显示和分析,至于对仪器给出的结果如何解释则随所要解决的具体问题而定。

  ①数据显示:FCM的数据显示方式包括单参数直方图(histogram)、二维点图(dot plot)、二维等高图(contour )、假三维图(pseudo 3D)和列表模式(list mode)等。

  直方图是一维数据用昨最多的图形显示形式,既可用于定性分析,又可用于定量分析,形同一般X—Y平面描图仪给出的曲线。根据选择放大器类型不同,横座标可以是线性标度或对数标度,用“道数”(Channel No .)来表示,实质上是所测的荧光或散射光的强度。纵座标一般表示的是细胞的相对数。图10-2给出的是直方图形式。只能显示一个参数与细胞之间的关系是它的局限性。

  二维点图能够显示两个独立参数与细胞相对数之间的关系。横座标和纵座标分别为与细胞有关的两个独立参数,平面上每一个点表示同时具有相应座标植的细胞存在(图10-3)。可以由二维点图得到两个一维直方图,但是由于兼并现象存在,二维点图的信息量要大于二个一维直方图的信息量。所谓兼并就是说多个细胞具有相同的二维座标在图上只表现为一个点,这样对细胞点密集的地方就难于显示它的精细结构。

图10-2 直方图

图10-3 二维点图

  二维等高图类似于地图上的等高线表示法。它是为了克服二维点图的不足而设置的显示方法。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”。曲线层次越高所代表的细胞数愈多。一般层次所表示的细胞数间隔是相等的,因此等高线越密集则表示变化率越大,等高线越疏则表示变化平衡。图10-4给出了二维等高图的样式。

  假三维图是利用计算机技术对二维等高图的一种视觉直观的表现方法。它把原二维图中的隐座标—细胞数同时显现,但参数维图可以通过旋转、倾斜等操作,以便多方位的观察“山峰”和“谷地”的结构和细节 ,这无疑是有助于对数据进行分析的。图10-5为假三维图的示意图。

图10-4 二维等高图

图10-5 假三维图

  列表模式其实只是多参数数据文件的一种计算机存贮方式,三个以上的参数数据显示是用多个直方图、二维图和假三维图来完成的。可用List Mode中的特殊技术,开窗或用游标调出相关部分再改变维数进行显示。例如,“一调二”就是在一维图上调出二维图来;“二调一”就是从二维图中调出一维图来。图10-6给出了从二维图等高图中调出相应窗口的直方图的示意图。

图10-6 从二维图设窗调出直方图示意

  上面简要地介绍了几种数据显示形式,在实际应用中,可根据需要选择匹配,以便了解和获得尽可能多的有用信息。

  ②数据分析:数据分析的方法总的可分为参数方法和非参数方法两大类。当被检测的生物学系统能够用某种数学模型技术时则多使用参数方法。数学模型可以是一个方程或方程组,方程的参数产生所需要的信息来自所测的数据。例如在测定老鼠精子的DNA含量时,可以获取细胞频数的尖锐波形分布。如果采用正态分布函数来描述这些数据,则参数即为面积、平均值和标准偏差。方程的数据拟合则通常使用最小二乘法。而非参数分析法对测量得到的分布形状不需要做任何假设,即采用无设定参数分析法。分析程序可以很简单,只需要直观观测频数分布;也可能很复杂,要对两个或多个直方图逐道地进行比较。

  逐点描图(或用手工,或用描图仪、计算机系统)是大家常用的数据分析的重要手段。我们常可以用来了解数据的特性、寻找那些不曾预料的特异征兆、选择统计分析的模型、显示最终结果等。事实上,不经过先对数据进行直观观察分析就决不应该对这批数据进行数值分析。从这一点来看,非参数分析是参数分析的基础。

  逐道比较工作量较大,但用直观法很容易发现明显的差异,特别是对照组和测试组。考虑到FCM的可靠性,要注意到对每组测量,都要有对照组,对照组可以是空白对照组、阴性对照组、或零时刻对照组等,具体设置应根据整体实验要求而定。对照组和测试组的逐道比较往往可以减少许多不必要的误差和错误解释。顺便指出,进行比较时对曲线的总细胞数进行归一化处理,甚至对两条曲线逐道相减而得到“差结果曲线”往往是适宜的。

  因为数据分析往往和结果解释关系十分密切,也就是说和生物学背景相关,因此具体的分析法和原理将在后面结合实例再介绍。

  3.流式细胞计的技术参数 为了表征仪器性能,往往根据使用目的和要求而提出几个技术参数或指标来定量说明。对于流式细胞计常用的技术指标有荧光分辨率、荧光灵敏度、适用样品浓度、分选纯度、可分析测量参数等。

  (1)荧光分辨率:强度一定的荧光在测量时是在一定道址上的一个正态分布的峰,荧光分辨率是指两相邻的峰可分辨的最小间隔。通常用变异系数(C.V值)来表示。C.V的定义式为:

  C.V=σ/μ

  式中,σ为标准偏差,μ是平均值。

  在实际应用中,我们使用挖关系式σ=0.423FWHM;其中FWHM为峰在峰高一半处的峰宽值。目前仪器的荧光分辨率均优于2.0%。

  (2)荧光灵敏度:反映仪器所能探测的最小荧光光强的大小。一般用荧光微球上所标可测出的FITC(fluorescein isothiocyanate 异硫氰基荧光素)的最少分子数来表示。目前仪器均可达到1000左右。

  (3)分析速度/分选速度:仪器每秒种可分析/分选的数目。一般分析速度为5000~10000;分选速度掌握在1000以下。

  (4)样品浓度:主要给出仪器工作时样品浓度的适用范围。一般在105~107细胞/ml的数量级。

  其它技术参数尚多,不再一一介绍。

  4.流式细胞计的调试和使用 古语说:“工欲善其事,必先利其器”。要想很好地应用流式细胞分析和分选技术,必需先对仪器进行调试,使其处于良好的工作状态,并能正确使用仪器。下面简要介绍细胞计的调试项目及要点、使用的程序等等。

  (1)调试和校准:流式细胞计在使用前,甚至在使用过程中都要精心进行调试,以保证工作的可靠性和最佳性。调试的项目主要是激光强度、液流速度和测量区的光路等。

  激光强度:除调整反射镜的角度以调整到所需波长的激光出光外,还要结合显示屏上的光谱曲线使激光的强度输出为最大。

  液流速度:可通过操作台数字显示监督,调节 气体压力大小以获得稳定的液流速度。

  测量区光路调节 :这是调试工作的关键。需要保证在测量区的液流、激光束、90散射测量光电系统垂直正交,而且交点较小。一般可在用标准荧光微球等校准中完成。

  流式细胞术中所测得的量是相对值,因此需要在使用前或使用中对系统进行校准或标定,这样才能通过相对测量获得绝对的意义。因而FCM中的校准具有双重功能:仪器的准直调整和定量标度。标准样品应该稳定,有形成份形状应是大小比较一致球形,样品分散性能良好,且经济、容易获得。常用标准荧光微球作为非生物学标准样品,鸡血红细胞做为生物学标准样品。微球用树脂材料制作,或标有荧光素,或不标记荧光素。Flow Cytometry Stands公司可提供荧光强度药盒,在免疫实验中可用来作为定量荧光标准来测定每个细胞所标记的抗原位点数目。所用的鸡血红细胞标准样品制作过程昭下:取3.8%枸橼酸或肝素抗凝的鸡血(抗凝剂:鸡血=1:4),经PBS清洗3次,再用5~10ml的1.0%戊二醛与清洗后的鸡红细胞混合,室温下振荡醛化24h,最后经PBS再清洗,贮4℃冰箱中备用。需要指出的是因为未经荧光染色,所测光信号为鸡血红蛋白的自发荧光。

  (2)仪器的操作和使用:

  ①打开电源,对系统进行预热;

  ②打开气体阈,调节 压力,获得适宜的液流速度;开启光源冷却系统;

  ③在样品管中加入去离子水,冲洗液流的喷嘴系统;

  ④利用校准标准样品,调整仪器,使在激光功率、光电倍增管电压、放大器电路增益调定的基础上,0和90散射的荧光强度最强,并要求变异系数为最小;

  ⑤选定流速、测量细胞数、测量参数等,在同样的工作条件下测量样品和对照样品;同时选择计算机屏上数据的显示方式,从而能直观掌握测量进程;

  ⑥样品测量完毕后,再用去离子水冲洗液流系统;

  ⑦因为实验数据已存入计算机硬盘(有的机器还备有光盘系统,存贮量更大),因此可关闭气体、测量装置,而单独使用计算机进行数据处理;

  ⑧将所需结果打印出来。

  在操作和使用中一定要注意如下事项: 

  1)光电倍增管要求稳定的工作条件,暴露的较强的光线下以后,需要较长时间的“暗适应”以消除或降低部分暗电流本底才能工作;另外还要注意磁屏蔽;

  2)光源不得在短时间内(一般要1h左右)关上又打开;使用光源必须预热并注意冷却系统工作是否正常;

  3)液流系统必需随时保持液流畅通,避免气泡栓塞,所使用的鞘流液使用前要经过过滤、消毒;

  4)注意根据测量对象的变换选用合适的滤片系统、放大器的类型等;

  5)特别强度每次测量都需要对照组。

  本节 着重介绍了流式细胞计的基本结构和工作原理、技术指标及使用操作中的基本问题。由于实际使用的仪器厂家、型号差别很大,不能一一介绍,可参照仪器使用说明书使用。至于流式细胞术在生物医学工程和免疫组织化学应用中的一些具体技术途径则在下节 详细介绍。

(责任编辑:泉水)
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