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单细胞蛋白质组学分析的新平台

美吉逾华蛋白组学 2020-02-13 16:31:45


单细胞分析已成为近年来的研究热点。随着单细胞测序等技术的不断发展,人们能够从DNA、RNA的水平深入了解细胞群体的异质性。在蛋白水平,流式细胞分析一直是最常用的手段。然而,由于串色等问题的困扰,流式细胞仪只能对6-10种蛋白进行同时检测。

一种质谱流式技术(mass cytometry)的出现解决了此问题。这个名为CyTOF的平台采用同位素标记抗体,将质谱与流式细胞术相结合,带来了单细胞蛋白质组学的革命。这种技术最初由DVS Sciences公司开发,后被Fluidigm公司收购。如今,CyTOF平台上又添一款新的仪器,Helios™。

Helios的工作原理与CyTOF相同。它采用同位素标记抗体来标记或识别细胞表面和内部的信号分子,并根据流式细胞原理分离单个细胞,再用感应耦合等离子质谱(ICP-MS)观察单个细胞的原子质量谱,最后将原子质量谱的数据转换为细胞表面和内部的信号分子数据。

以CyTOF技术为核心,Helios平台融合了一些新的功能,让操作更加便利,性能全面提升。它采用一个更加直观和易用的软件界面,有着实时的数据显示和控制。Helios的检测灵敏度也进一步提升,能够分辨更低丰度的目标。检测通道的数量增加至135个,几乎没有信号重叠或背景噪音。这实现了更加全面和直观的分析,也带来了更高质量的数据集。

质谱流式分析的过程可分为五步:设计、构建、染色、获取和分析。首先是利用Fluidigm目录中的同位素标记抗体来设计和合成分析板(panel)。这个目录包含人和小鼠的400多种抗体,覆盖多个应用。当然,也可以定制抗体。之后就是对细胞表面和细胞内的目标进行染色。Fluidigm还提供条形码试剂盒,对多达20个样品添加条形码,让它们成为一个多重样品。这种多重分析可提高数据质量,因为样品在同一操作中制备、处理和获取,从而避免样品制备过程中的差异。而且,它也明显提高了通量。

在利用Helios系统获取数据之后,可通过云端的Cytobank分析平台进行分析。Cytobank提供了一系列分析工具,包括散点图、聚类图和降维算法(SPADE和viSNE),以及汇总统计工具。所有这些都能定制化,以便从质谱流式数据中提取出有用的信息。

CyTOF平台目前已应用在癌症研究、免疫学、干细胞和疫苗研究等多个领域,推进了基础研究、药物开发和转化研究。据Fluidigm介绍,大约40%使用CyTOF技术的论文都发表在顶级期刊上,如Science、Cell、Nature和PNAS。Fluidigm在CYTO 2015大会上发布Helios平台后,也引起了与会者的极大兴趣。此系统在第三季度正式发售。(生物通 余亮)