临床流式细胞仪的应用价值及用途

第一个传统的荧光流式细胞仪是在60年代末/ 70年代初在德国开发和商业化的。²在过去的五十年中，FCM在其应用的数量和产生的数据的数量和维度方面发展迅速。^1、3Minh Doan博士，原为成像平台美国布罗德研究所(Broad Institute (USA))、现任葛兰素史克(GlaxoSmithKline)美国生物成像分析部门负责人的他说:“流式细胞术数据的所有三个V都取得了重大进展:速度(数据采集的吞吐量/速度)、体积(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。流式细胞仪芯加拿大多伦多吕南菲尔德-塔南鲍姆研究所的教授对此表示赞同。流式细胞术的两个最大趋势是高含量数据和不同学科技术的融合。例如，在过去五年左右的时间里，我们看到了大规模细胞术的出现，它融合了流式细胞术和质谱学。在其最新的迭代中，集成了一个图像细胞仪模块，可以从相对少量的患者组织中生成前所未有的大量内容(测量参数的数量)。光谱流式细胞术也已成为一项重要的新兴技术。”的确,质量血细胞计数现在可以同时测量单个细胞上的50个特征，使用带有稀土金属标记的抗体，⁴而且成像流式细胞术允许1000的形态特征和多个荧光标记来分析每个细胞。^3.

因此，流式细胞术作为疾病诊断、预后和治疗监测的临床工具具有无可争辩的潜力。然而，在将FCM的全部前景转化为临床实践方面仍然存在一些挑战。在这里，将讨论目前FCM的一些临床应用，以及一些正在研究的引人注目的新应用。

癌症检测、分类和临床管理

流式细胞仪的发明最初是为了提供一种快速筛查细胞非整倍体(染色体数量异常)和测量细胞周期分布的方法，这对肿瘤的预后和治疗都很重要。⁵然而，人们已经认识到，对于许多癌症，特别是在早期阶段，伴随的DNA含量变化是无法检测到的。¹

尽管最初遇到了挫折，FCM现在已被常规用于基础研究和临床实践，特别是在肿瘤学领域。^1、3免疫分型已成为最常见的流式细胞术技术之一，用于根据不同表面抗原的存在来表征细胞亚群，可以使用荧光标记抗体进行流式细胞术检测。¹

例如，白血病和淋巴瘤表达一组特定的细胞表面标志物，这取决于它们的阶段和分化途径。¹因此，利用免疫分型，FCM常用于这些肿瘤的临床诊断和分类 ，例如米歇尔·帕斯勒医生的诊所工作在免疫学实验室在美国费城儿童医院。⁶流式细胞术还用于从血癌强化化疗后的外周血中鉴定和分类造血干细胞(可以分化为血细胞的干细胞)。¹这些干细胞可以用来重新填充病人衰竭的骨髓。

其他肿瘤学应用包括微小残留疾病(MRD)检测，如通过Michael Borowitz教授的美国巴尔的摩市约翰霍普金斯医院的研究小组⁷以及检测细胞凋亡(细胞死亡)以确定癌症治疗的疗效。¹FCM可以检测到非常低水平的疾病(在10,000个正常细胞中只有1个恶性细胞)，这在癌症的临床管理中很重要。

类似地，“液体活检”的流式细胞术可用于检测血液中的循环肿瘤细胞。^3.这些细胞极其罕见，而且由于其高灵敏度，FCM完全准备好在这一领域产生重大影响。这种方法对于早期癌症的临床检测以及循环转移性或耐药癌细胞的检测具有潜力。例如，今年早些时候发表的一项研究描述了在白血病治疗期间进行药物敏感性测试的高通量(> 100万个细胞/秒)无标签液体活检。⁸

免疫学的应用程序

FCM除了在众多的肿瘤学应用之外，它也是临床免疫学的一种高度通用的工具。

在器官移植之前，流式细胞术可用于将患者血清与供体淋巴细胞进行交叉匹配，以检测可能导致器官排斥反应的抗体。¹术后分析外周血淋巴细胞上的各种细胞标志物，可提示早期移植排斥反应，检测免疫抑制治疗引起的骨髓毒性，有助于区分感染与器官排斥反应。对于输血，流式细胞术可用于检测残留白细胞对血液的污染，这可能会产生诸如肺水肿等不良影响。⁹

Dr。Roshini亚伯拉罕的在美国俄亥俄州的全国儿童医院，正在使用流式细胞术进行诊断原发性免疫缺陷疾病使用免疫分型和功能分析。¹⁰这些疾病是由导致免疫系统缺陷的基因突变引起的，如x -连锁(布鲁顿氏)γ球蛋白血症和x -连锁超igm综合征。到目前为止，已经确定了300多种疾病，致病突变降低了免疫防御感染的攻击。

当然，艾滋病毒是继发性(获得性)免疫缺陷疾病的一个例子。流式细胞术(FCM)分析外周血淋巴细胞CD4及其他标记物用于监测HIV患者的治疗情况，CD4计数<200细胞/mL与HIV抗体检测阳性一起用于诊断艾滋病。¹ 继发性免疫缺陷也可能由药物滥用、营养不良、其他医疗状况和某些医疗引起。一组标记物的流式细胞仪可用于确诊疑似病例。¹

在怀孕期间，当一个恒河猴血型d阴性的母亲携带一个d阳性的胎儿时，胎儿-母亲出血会使母亲对胎儿的d阳性血细胞敏感，这可能对随后的d阳性新生儿是致命的。¹¹流式细胞术用于测量胎母出血的程度，以确定分娩后不久服用的正确剂量。

除了肿瘤学和免疫学应用，流式细胞术也被用于诊断各种罕见的血液疾病¹²以及自身免疫/自身炎症性疾病，比如脊椎关节炎(脊椎关节炎)。¹³另一个可能在未来引起越来越多临床应用的研究领域是血小板活性，这在许多临床条件下是重要的。^1、14

临床流式细胞术的未来

FCM的最新发展允许对目标亚群进行更精细的门控，现在可以对每个细胞测量数千个参数，以生成独特的“指纹”。^3.然而，目前高级FCM的方法通常是先捕获所有数据，然后手动(主观地)选择少数特定的特征进行进一步分析。因此，许多感兴趣的信息可能会丢失，阻止了对细胞亚群或疾病表型的有力比较，否则可能永远不会对研究人员可见。因此，迫切需要客观、自动化和健壮的数据分析工具，以及用户友好的软件界面，以获得广泛使用。可以说，由于这个原因，先进的流式细胞术仍然主要是一种研究，而不是一种临床工具。

专家建议，通过应用，有可能克服这一数据分析障碍机器学习方法，再加上FCM工作流程的进一步标准化。^3、15“高内容数据最令人兴奋的应用围绕着机器学习的使用，特别是深度学习，从大型数据集中提取相关意义。机器学习，再加上大数据，有可能推动及时针对患者疾病量身定制的诊断和治疗方案，”帕森斯博士说。此外,太田贞道教授的RCAST日本东京大学的教授指出，“我们仍然需要弄清楚如何设计一个令人信服地验证诊断结果的工作流程，特别是如果诊断使用了机器学习的力量。”在先进FCM技术的丰富信息内容能够充分应用于临床之前，这些发展是必要的。

在该领域的其他未来进展方面，Ota教授特别提到了…的潜力细胞分选与流式细胞仪相结合．¹⁶“分选机在细胞治疗和再生医学等领域有令人兴奋和独特的应用。此外，在制药领域创造成像细胞分选仪的关键应用可能会加速全球药物发现。”Doan博士表示赞同，“疾病的异质性使得研究结果难以验证。也许使用具有分选能力的流式细胞仪可以帮助这种验证，其中流式细胞仪收集的感兴趣事件可以用其他下游分析进行验证。”最后，正如Doan博士所指出的那样，“随着多层数据(类型)的结合，现在有可能用更少的钱做更多的事情，即无标签的样本测量，这可能导致更直接、更快和更智能的诊断。罕见事件(如转移性癌细胞)可能很快就会比以前更好地检测到。”

参考文献

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