临床流式细胞术的价值和通用性

第一个常规荧光技术流式细胞分析仪是后期开发和商业化的60年代/ 70年代早期在德国。²在过去的五十年,FCM发展迅速在其应用程序的数量和它产生的数量和维度数据。^1、3明Doan博士,以前的成像平台Broad研究所(美国)现在Bioimaging分析主管葛兰素史克公司在美国,州,“有重大进展在所有三个V的流式细胞仪的数据:速度(吞吐量/数据采集的速度),音量(数据内容),和种类(样本类型和信号采集技术)。”

迈克尔·帕森斯的经理流式细胞术的核心Lunenfeld-Tanenbaum研究所的在加拿大的多伦多,表示同意。“流式细胞仪的两大趋势是高含量的合并数据和技术从不同的学科。例如,过去五年左右的出现大规模血细胞计数、流式细胞术的学科合并和质谱分析。在其最新的迭代,一个图像血细胞计数模块已经合并产生前所未有的大量内容(数量的测量参数)从病人相对少量的组织。光谱流式细胞术也成为一个重要的新兴技术。“的确,质量血细胞计数现在可以达到50特性在单个细胞同时使用稀土金属的抗体标记,⁴和成像流式细胞术允许1000年的形态学特征和多重荧光标记每单元进行分析。³

流式细胞术,因此,不容争辩的潜在临床疾病诊断工具,预后和治疗监测。然而,一些挑战留在将FCM的全部承诺转化为临床实践。这里,将讨论目前的临床应用FCM,以及一些引人注目的新的应用程序的研究。

癌症检测、分类和临床管理

流血细胞计数器最初开发提供一个快速筛选方法细胞非整倍性(染色体数目异常)和测量细胞周期分布,两者都是重要的肿瘤预后和治疗。⁵然而,它已经意识到,对于很多癌症,特别是在早期阶段,伴随不检测DNA的变化内容。¹

尽管这个初始的挫折,FCM现在通常用于基础研究和临床实践中,尤其是在肿瘤。^1、3Immunophenotyping已成为最常见的FCM的技术之一,用于描述细胞亚种群基于不同的表面抗原的存在,可以与FCM检测使用荧光标记抗体。¹

例如,白血病和淋巴瘤表达一组特定的细胞表面标记和分化途径取决于他们的阶段。¹因此,使用immunophenotyping,FCM经常应用于临床诊断和sub-classification这些癌症 ,如米歇尔Paessler博士的工作免疫学实验室美国费城儿童医院。⁶FCM还用于识别和排序造血干细胞(干细胞可以分化成血细胞)密集化疗后外周血的血液癌症。¹这些干细胞可以用来使人重新住入病人的骨髓枯竭。

其他肿瘤的应用包括微小残留病(MRD)检测、等迈克尔Borowitz教授的团队在巴尔的摩的约翰霍普金斯医院,美国、⁷和细胞凋亡(细胞死亡)的检测确定癌症治疗的疗效。¹FCM检测非常低水平的疾病(只有1 10000年恶性肿瘤细胞在正常细胞),可重要的癌症的临床管理。

同样,FCM的“液体活检”可以用来检测循环肿瘤细胞在血液中。³这些细胞是极其罕见的,以其灵敏度高、FCM是完全准备在这一领域产生了重大的影响。这种方法有潜力的临床检测早期癌症以及循环转移性或耐药肿瘤细胞的检测。例如,今年早些时候发表的一项研究描述label-free液体活检和非常高的吞吐量(> 100万个细胞/秒)药敏测试在白血病治疗。⁸

免疫学的应用程序

除了众多的肿瘤应用FCM,它也是一个高度通用的临床免疫学的工具。

器官移植之前,FCM可用于试验与供体淋巴细胞来检测病人的血清抗体,可能导致器官排斥。¹术后,分析各种细胞的标记在外周血淋巴细胞可以显示早期移植排斥反应,检测骨髓毒性引起的免疫抑制疗法,并帮助区分感染和器官排斥。输血,FCM可用于检测血液的污染与残留的白血细胞,肺水肿等可以有不利影响。⁹

博士等组织。Roshini亚伯拉罕的全国儿童医院在俄亥俄州,美国使用FCM诊断原发性免疫缺陷疾病使用immunophenotyping和功能分析。¹⁰这些疾病是由基因突变引起,导致免疫系统缺陷,如x连锁(布鲁顿)agammaglobulinemia和x连锁hyper-IgM综合症。超过300名已确定到目前为止,这些疾病,致病突变降低感染的免疫防御攻击。

当然,艾滋病毒是次要的一个例子(收购)免疫缺陷症。FCM分析在外周血淋巴细胞CD4和其他标记用于监控艾滋病患者的治疗,细胞和CD4细胞计数< 200 /毫升与艾滋病毒抗体测试作为诊断为艾滋病。¹ 继发性免疫缺陷也可以引起的例如,滥用药物,营养不良,其他医疗条件,特定的医学治疗。FCM的面板标记可用于确认疑似病例。¹

在怀孕、rh血型D-negative母亲D-positive胎儿,胎儿-母亲出血可以使母亲D-positive胎儿的血液细胞,这可能是致命的后续D-positive新生儿。¹¹FCM是用来测量母婴出血影响的程度来确定正确的剂量的预防性药物管理交付后不久。

除了肿瘤学和免疫学应用FCM也用于诊断各种罕见的血液疾病¹²以及自身免疫/ autoinflammatory障碍等脊椎关节炎(脊椎关节炎的)。¹³另一个研究领域,可能会导致增加在未来临床应用是血小板的活动,这是很重要的在许多临床条件。^1、14

流式细胞术的临床前景

FCM的最新进展是允许更多的精制亚种群控制的目标,和成千上万的参数现在可能可以测量每个细胞产生独特的“指纹”。³然而,目前先进的FCM方法通常是捕获的所有数据,然后手动选择只有少数(主观),特定的功能进行进一步分析。因此,感兴趣的信息可能会丢失,防止强大的细胞亚群比较或疾病表型,否则可能永远不会是可见的研究员。因此,迫切需要客观,自动化,和强大的数据分析工具,并获得广泛使用,用户友好的软件接口。可以说,由于这个原因,先进的FCM仍然是主要研究而非临床工具。

专家建议,它可能会克服这种通过应用数据分析障碍机器学习方法加上FCM工作流的进一步标准化。^3、15“最令人激动的应用高内容围绕着使用机器学习的数据,特别是深入学习,从大型数据集提取相关意义。机器学习,加上大数据,有可能驾驶选项根据病人的疾病诊断和治疗及时,”帕森斯博士说。此外,Sadao Ota教授的RCAST日本东京大学指出,“我们仍然需要找出如何设计一个工作流,令人信服地验证诊断结果,尤其是诊断采用机器学习的力量。”这样的发展是必要的信息内容丰富的先进的FCM技术完全可以应用于临床。

其他领域未来的发展而言,Ota教授特别提到的潜力细胞分类器与FCM相结合。¹⁶“有令人兴奋的和独特的应用分类器在细胞疗法和再生医学等领域。同时,创建关键成像细胞分类器在制药领域的应用可能会加速全球药物发现。”Doan博士认为,“疾病异质性很难验证结果。也许使用流式细胞仪等排序功能可以帮助验证,在感兴趣的活动收集的流式细胞术与其他下游化验检查。”最后,Doan博士指出,“以多层数据(类型)合并,现在有可能用较少的资源做更多的事,例如,label-free样品测量,这可能导致更为直接,更快,更聪明的诊断。罕见的事件(如转移性肿瘤细胞)可能很快会发现比以前更好。”

引用

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