前言：質(zhì)譜流式細(xì)胞儀（CyTOF）

質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)的核心融合了流式細(xì)胞技術(shù)與質(zhì)譜技術(shù)。目前質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)采用的儀器是CyTOF（Cytometry by  Time-Of-Flight），其原理簡單來說是利用質(zhì)譜原理對單細(xì)胞進(jìn)行多參數(shù)檢測的流式技術(shù)，既繼承了傳統(tǒng)流式細(xì)胞儀的高速分析的特點(diǎn)，又具有質(zhì)譜檢測的高分辨能力。傳統(tǒng)流式細(xì)胞技術(shù)和質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)相比，主要有兩點(diǎn)不同：1.標(biāo)簽系統(tǒng)的不同，前者主要使用各種熒光基團(tuán)作為抗體的標(biāo)簽，后者則使用各種金屬元素作為標(biāo)簽；2.檢測系統(tǒng)的不同，前者使用激光器和光電倍增管作為檢測手段，而后者使用ICP質(zhì)譜技術(shù)作為檢測手段。

近日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院歐陽宏偉教授課題組在《Applied Materials Today》在線發(fā)表最新論文“Single-cell mass cytometry reveals in vivo immunological response to surgical biomaterials”。該研究運(yùn)用單細(xì)胞質(zhì)譜流式技術(shù)分析了兩種生物材料(聚丙烯補(bǔ)片和絲素補(bǔ)片)在軟組織修復(fù)過程中的系統(tǒng)性免疫反應(yīng)特征，比較了兩組外周血免疫細(xì)胞的比例以及與免疫細(xì)胞中激活、遷移相關(guān)的功能標(biāo)志物表達(dá)情況，顯示絲素補(bǔ)片具有更好的生物相容性。

生物材料已經(jīng)在臨床被廣泛應(yīng)用，如腹部疝修復(fù)使用的補(bǔ)片，軟骨修復(fù)中使用的支架，肌腱重建中使用的人工韌帶等等。然而，生物材料植入體內(nèi)后會引起體內(nèi)的免疫應(yīng)答，嚴(yán)重的免疫反應(yīng)(異物反應(yīng))會造成一系列的并發(fā)癥：疼痛、感染、組織粘連等，使得治療失敗甚至需要二次手術(shù)。2016年，業(yè)界某巨頭公司大量疝修復(fù)補(bǔ)片產(chǎn)品因考慮到復(fù)發(fā)率或再次手術(shù)率高等因素被其安全團(tuán)隊(duì)召回1。因此，生物材料的臨床前安全評估和臨床監(jiān)測非常重要。但是，目前檢測生物材料的檢測方法大多是體外實(shí)驗(yàn)不能精準(zhǔn)模擬體內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境;或是聚焦于局部免疫反應(yīng)而缺乏對全身系統(tǒng)性免疫的評估，因此未能準(zhǔn)確評估生物材料的安全性，不能有效預(yù)測和規(guī)避不良后果。

單細(xì)胞質(zhì)譜流式是一項(xiàng)通過使用金屬標(biāo)記抗體，質(zhì)譜檢測信號的新型流式技術(shù)，近年來已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞分化、腫瘤檢測、藥物篩選等多個(gè)研究領(lǐng)域。它具有高通量、高分辨率的特點(diǎn)：在單細(xì)胞水平上可同時(shí)分析超過40種細(xì)胞標(biāo)志物，可同時(shí)檢測上百個(gè)通道，可用來分析評估復(fù)雜細(xì)胞系統(tǒng)中細(xì)胞亞群和功能標(biāo)志物表達(dá)情況。因此，單細(xì)胞質(zhì)譜流式技術(shù)可以作為深度解析生物材料體內(nèi)免疫應(yīng)答的“利器”。

該研究以外科常見疝修復(fù)手術(shù)應(yīng)用的聚丙烯補(bǔ)片和絲素補(bǔ)片為例，首次利用單細(xì)胞質(zhì)譜流式技術(shù)評估了這兩種生物材料在小鼠腹部缺損模型中引起的系統(tǒng)免疫反應(yīng)(圖1)。結(jié)果顯示：與聚丙烯補(bǔ)片相比，絲素補(bǔ)片組的外周血中巨噬細(xì)胞，單核細(xì)胞，中性粒細(xì)胞，CD4+ T 細(xì)胞，以及CD8+ T 細(xì)胞比例更低，免疫細(xì)胞比例更接近于對照組;并且免疫細(xì)胞激活、遷移相關(guān)的功能性標(biāo)志物 (CD115, CD27, and CD62L)也相對低表達(dá)。同時(shí)，絲素補(bǔ)片組材料植入處的免疫細(xì)胞(巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞)浸潤要顯著性低于聚丙烯補(bǔ)片組。此外，作者還發(fā)現(xiàn)絲素補(bǔ)片組具有較輕的組織粘連和更好的組織修復(fù)效果(圖2)。這表明系統(tǒng)性免疫應(yīng)答特征(免疫細(xì)胞比例和功能標(biāo)志物表達(dá)情況)可以體現(xiàn)生物材料在體內(nèi)異物反應(yīng)的程度，或可作為預(yù)測并發(fā)癥發(fā)生和組織修復(fù)情況的依據(jù)。

圖1：運(yùn)用單細(xì)胞質(zhì)譜流式技術(shù)解析材料植入體內(nèi)后的系統(tǒng)性免疫反應(yīng)

圖2：兩種生物材料植入后的組織粘連和組織修復(fù)情況

該研究提出了基于單細(xì)胞質(zhì)譜流式的一種高通量高分辨率的生物材料體內(nèi)系統(tǒng)性免疫應(yīng)答評估策略，這可為生物材料的臨床前安全評估和臨床應(yīng)用監(jiān)測提供有效手段，為進(jìn)一步篩選和開發(fā)免疫調(diào)控性生物材料提供新思路和新方法。

植入性醫(yī)療器械的快速發(fā)展促進(jìn)人們對醫(yī)療服務(wù)的要求日益提高，生物材料的安全問題越來越受到重視。生物材料的成分、磨損、代謝、降解產(chǎn)物等帶來的風(fēng)險(xiǎn)可以通過不斷發(fā)展的新型高通量檢測技術(shù)進(jìn)行評估。

近期浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院歐陽宏偉教授實(shí)驗(yàn)室基于單細(xì)胞質(zhì)譜流式技術(shù)，結(jié)合HLLA-seq及生物材料-基因作用圖譜策略(NGA)，將從單細(xì)胞水平、整個(gè)機(jī)體水平建立起一套完善、系統(tǒng)的評價(jià)系統(tǒng)，為生物材料的臨床使用保駕護(hù)航。

Helios 質(zhì)譜流式細(xì)胞儀系統(tǒng)

Helios 質(zhì)譜流式系統(tǒng)具有高效簡潔的工作流程以及廣泛的適用性，通過獨(dú)創(chuàng)的金屬標(biāo)簽抗體技術(shù)，標(biāo)記細(xì)胞表面及胞內(nèi)蛋白，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞的多參數(shù)檢測，可以對單細(xì)胞進(jìn)行全面的表型、信號通路及功能研究。