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苹果的标志性照片如何激发了改进的细胞分析

在数百万个细胞中识别少量致病细胞是棘手的。苏黎世联邦理工学院的研究人员现已开发出一种技术,能够在小范围内单独和详细地识别大量的细胞特性。

苹果的标志性照片如何激发了改进的细胞分析

人类,动物和植物的所有生命过程都依赖于细胞活动。仅人体就含有超过210种细胞类型,具有影响发育和健康的特定性质和功能。详细了解这些细胞及其特性对于生物学和医学至关重要。然而,过滤掉广受欢迎的细胞信息有时是一个巨大的挑战 - 特别是如果在一百万个细胞中,少于十几个细胞具有引发疾病的特性。

流式细胞术是化学,生物学和医学中用于快速确定大量单个细胞特性的既定方法。例如,该细胞测量技术可用于鉴定癌细胞或T细胞,即对免疫防御系统重要的那些白细胞。

该技术发明于1968年,与传统的流式血细胞计数器通常测量散射光及荧光当细胞流过的激光束。产生的信号根据细胞的大小,形状,结构和颜色而变化;例如,T细胞非常光滑并且散射的光比其他细胞少。

一个很好的组合

由生物化学工程的ETH教授Andrew deMello领导的研究小组现已成功地进一步开发流式细胞仪。其基于成像的细胞计数平台可以更快速地测量细胞及其特性,并且比现在的流式细胞仪更准确。苏黎世联邦理工学院的研究人员现已在科学期刊Chem中介绍了他们的方法。

研究人员并没有彻底改变这种方法,而是巧妙地将现有技术结合起来:他们的流式细胞仪结合了微流体的功能,微流体通过微通道研究流体的行为,具有高灵敏度的光学检测方法和超快速成像。

这使它们能够实现每秒超过50,000个单元的超高吞吐量。标准荧光流式细胞仪可以测量每秒100到20,000个细胞,成像流式细胞仪每秒最多可以测量4,000个细胞。然而,在实践中,通常情况下测量的细胞明显更少,因为它们通常聚集在一起。

“我们正在开发技术,以帮助化学家,生物学家和医学专家开展新的研究,”deMello说。他预计平台有一天会比现在的仪器更简单,也更便宜。

原则上,他们的流式细胞仪由三部分组成:在开始时,细胞紧密排列在一个文件中。然后微流体流引导它们通过蛇形微通道(参见上图)并高速进入检测区域。在那里,高分辨率相机使用灯光效果记录它们的大小,形状和结构。在最后一步中,可以根据其属性对它们进行排序。

循环快照

这种方法的一个特点是细胞通过几个平行环,这使得摄像机能够精确地记录大量细胞。这加快了deMello的方法,并允许以极高的吞吐量运行。“微流体与成像的结合可以增强信息,”他说。相反,在传统方法中,检测器在特定点处注册一个接一个的单元。

使用该技术可以获得三种类型的图像:具有关于细胞的形状和结构的信息的暗场图像(这些图像显示针对暗背景的彩色结构),具有关于细胞大小和荧光图像的信息的明场图像。有关细胞外观和内部结构的信息。特别是形态信息的提取将deMello的方法与其他基于荧光或微流体的方法区分开来。

像Papa Flash一样成像

当他们遇到问题时,deMello的团队受益于基于液滴的微流体和光学方法的多年经验:当液滴,细胞或微粒流动非常快时,图像 - 如同照片 - 有时会变形或模糊。该研究小组从过去的经验中解释了这个问题:为了揭示细胞,他们使用频闪照明将细胞的连续流动(如慢动作相机)分解成一系列静止图像。由于闪光灯闪光灯的发明者哈罗德·E·埃奇顿(Harold E. Edgerton),也被称为Papa Flash,这种方法因世界闻名而闻名于世。

由于频闪曝光,可以清楚地记录以每秒半米和大量移动的单个电池。

为了测试他们的方法的表现,deMello的资深科学家Stavros Stavrakis和两名研究生分析了一个大的细胞群,并根据它们的荧光区分了活细胞,死亡细胞和死细胞。苏黎世联邦理工学院的研究人员希望进一步开发该方法,以期应用于细菌,纳米科学和工业应用。

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