Массовая цитометрия
Масс-цитометрия — метод масс-спектрометрии, основанный на масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и времяпролетной масс-спектрометрии, используемый для определения свойств клеток ( цитометрия ). [ 1 ] [ 2 ] В этом подходе антитела конъюгируются с изотопно чистыми элементами , и эти антитела используются для мечения клеточных белков. Клетки распыляют и пропускают через аргоновую плазму , которая ионизирует антитела, конъюгированные с металлом. Затем сигналы металлов анализируются с помощью времяпролетного масс-спектрометра. Этот подход преодолевает ограничения спектрального перекрытия в проточной цитометрии за счет использования дискретных изотопов в качестве репортерной системы вместо традиционных флуорофоров , которые имеют широкий спектр излучения. [ 3 ]
Коммерциализация
[ редактировать ]Технология мечения и разработка инструментов происходила в Университете Торонто и компании DVS Sciences , Inc. [ 1 ] [ 4 ] CyTOF (цитометрия по времени полета) была первоначально коммерциализирована компанией DVS Sciences в 2009 году. В 2014 году Fluidigm приобрела DVS Sciences. [ 5 ] стать эталонной компанией в области одноклеточных технологий. [ 6 ] В 2022 году Fluidigm получила вливание капитола и сменила название на Standard BioTools. [ 7 ] CyTOF, CyTOF2, Helios (CyTOF3) и CyTOF XT. [ 8 ] (4-го поколения) до сих пор коммерциализируются. Компания Fluidigm продает множество широко используемых конъюгатов металл-антитело, а также наборы для конъюгации антител.
Визуальная масс-цитометрия (IMC) — это относительно новый метод визуализации, возникший на основе ранее доступной технологии CyTOF (цитометрия по времени пролета), которая сочетает масс-спектрометрию с УФ-лазерной абляцией для создания псевдоизображений образцов тканей. [ 9 ] [ 10 ] Этот подход добавляет пространственное разрешение к данным, что позволяет одновременно анализировать несколько клеточных маркеров с субклеточным разрешением и их пространственное распределение в срезах ткани. [ 9 ] [ 11 ] Подход IMC, так же как и CyTOF , основан на обнаружении меченых металлами антител с помощью времяпролетной масс-спектрометрии, что позволяет одновременно проводить количественную оценку до 40 маркеров. [ 12 ] [ 13 ]
Анализ данных
[ редактировать ]Данные масс-цитометрии CyTOF записываются в таблицы, в которых для каждой клетки перечислены сигналы, обнаруженные на канал, которые пропорциональны количеству антител, меченных изотопом соответствующего канала, связанным с этой клеткой. Эти данные имеют формат файлов FCS, совместимых с традиционным программным обеспечением для проточной цитометрии. Из-за многомерности данных масс-цитометрии были также разработаны новые инструменты анализа данных. [ 14 ]
Анализ данных визуализирующей масс-цитометрии имеет свою специфику, обусловленную разным характером получаемых данных. Что касается анализа данных, и IMC, и CyTOF генерируют большие наборы данных высокой размерности, которые требуют специализированных вычислительных методов для анализа. Однако данные, полученные с помощью IMC, могут быть более сложными для анализа из-за дополнительной сложности данных и необходимости использования специальных инструментов и конвейеров, специфичных для анализа цифровых изображений, тогда как данные, полученные с помощью CyTOF, обычно анализируются с использованием обычного программного обеспечения для проточной цитометрии. Всесторонний обзор методов анализа данных IMC был дан Милошевичем. [ 15 ]
Преимущества и недостатки
[ редактировать ]Преимущества включают минимальное перекрытие сигналов металлов, что означает, что прибор теоретически способен обнаруживать 100 параметров на ячейку, сигнальные сети всей ячейки могут быть выведены органично, не полагаясь на предварительные знания, а один хорошо спланированный эксперимент дает большие объемы данных. [ 3 ]
в случае CyTOF Недостатки включают практическую скорость потока около 500 клеток в секунду по сравнению с несколькими тысячами в проточной цитометрии, а имеющиеся в настоящее время реагенты ограничивают использование цитометра примерно до 50 параметров на клетку. Кроме того, массовая цитометрия является деструктивным методом, и клетки невозможно отсортировать для дальнейшего анализа. В случае IMC разрешение данных относительно низкое (1 мкм2/пиксель), метод также деструктивен, сбор данных также очень медленный и требует специального дорогостоящего оборудования и опыта.
Приложения
[ редактировать ]Массовая цитометрия находит применение в научных исследованиях в областях медицины, включая иммунологию , гематологию и онкологию . Его использовали в исследованиях кроветворения . [ 16 ] клеточный цикл , [ 17 ] экспрессия цитокинов и дифференциальные сигнальные реакции.
MC использовался в различных областях исследований, таких как биология рака , иммунология и нейробиология , чтобы обеспечить более полное понимание тканевой архитектуры и клеточных взаимодействий. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Дмитрий Бандура ; Владимир Баранов ; Ольга Орнатская ; Скотт Д. Таннер ; Кинач Р; Лу Икс; Павлов С; Воробьев С; Дик Дж. Э.; Антонов А (2009). «Массовая цитометрия: метод многоцелевого иммуноанализа отдельных клеток в реальном времени на основе времяпролетной масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой». Аналитическая химия . 81 (16): 6813–6822. дои : 10.1021/ac901049w . ПМИД 19601617 .
- ^ Ди Пальма, Серена; Боденмиллер, Бернд (2015). «Изучение клеточных популяций в опухолях с помощью масс-цитометрии отдельных клеток». Современное мнение в области биотехнологии . 31 : 122–129. дои : 10.1016/j.copbio.2014.07.004 . ISSN 0958-1669 . ПМИД 25123841 .
- ^ Jump up to: а б Спитцер, Мэтью Х.; Нолан, Гарри П. (2016). «Массовая цитометрия: отдельные клетки, множество функций» . Клетка . 165 (4): 780–791. дои : 10.1016/j.cell.2016.04.019 . ISSN 0092-8674 . ПМК 4860251 . ПМИД 27153492 .
- ^ Орнатский, О; Бандура Д; Баранов В; Нитц М; Винник М.А.; Таннер С. (30 сентября 2010 г.). «Высоко многопараметрический анализ методом масс-цитометрии». Журнал иммунологических методов . 361 (1–2): 1–20. дои : 10.1016/j.jim.2010.07.002 . ПМИД 20655312 .
- ^ «Fluidigm | Пресс-релизы | FLUIDIGM ПРИОБРЕТАЕТ DVS SCIENCES» . www.fluidigm.com . Проверено 11 ноября 2015 г.
- ^ «Открытое письмо клиентам Fluidigm и DVS Sciences, Inc» (PDF) . Fluidigm и DVS Sciences, Inc., 13 февраля 2014 г. Проверено 4 июля 2014 г.
- ^ «Стандартные биоинструменты | Пресс-релизы | Fluigigm Capital Infusion» . www.globenewswire.com . Проверено 22 января 2022 г.
- ^ «ЦиТОФ ХТ» . СтандартБио . 21 мая 2021 г. Проверено 8 декабря 2022 г.
- ^ Jump up to: а б Гизен, Шарлотта; Ван, Хао АО; Шапиро, Денис; Живанович, Невена; Джейкобс, Андреа; Хаттендорф, Бодо; Шуффлер, Питер Дж; Гролимунд, Дэниел; Буманн, Иоахим М; Брандт, Симона; Варга, Жужанна; Уайлд, Питер Дж; Гюнтер, Детлеф; Боденмиллер, Бернд (2014). «Высоко-мультиплексная визуализация опухолевых тканей с субклеточным разрешением методом масс-цитометрии» . Природные методы . 11 (4): 417–422. дои : 10.1038/nmeth.2869 . ISSN 1548-7091 . ПМИД 24584193 . S2CID 205422590 .
- ^ Чанг, Цин; Орнатская Ольга Ивановна; Сиддики, Ирам; Лобода, Александр; Баранов Владимир И.; Хедли, Дэвид В. (2017). «Визуальная масс-цитометрия» . Цитометрия Часть А. 91 (2): 160–169. дои : 10.1002/cyto.a.23053 . ПМИД 28160444 . S2CID 29523347 .
- ^ Шапиро, Денис; Джексон, Хартленд В; Рагураман, Света; Фишер, Яна Р; Занотелли, Вито РТ; Шульц, Дэниел; Гизен, Шарлотта; Катена, Рауль; Варга, Жужанна; Боденмиллер, Бернд (2017). «histoCAT: анализ клеточных фенотипов и взаимодействий в данных мультиплексной цитометрии изображений» . Природные методы . 14 (9): 873–876. дои : 10.1038/nmeth.4391 . ISSN 1548-7091 . ПМК 5617107 . ПМИД 28783155 .
- ^ Эйсселстейн, Марике Э.; ван дер Брегген, Рууд; Фарина Сараскета, Арантса; Конинг, Фриц; де Миранда, Ноэль FCC (29 октября 2019 г.). «Панель из 40 маркеров для крупномасштабной характеристики микроокружения, иммунного к раку, с помощью визуализационной массовой цитометрии» . Границы в иммунологии . 10 : 2534. дои : 10.3389/fimmu.2019.02534 . ISSN 1664-3224 . ПМК 6830340 . ПМИД 31736961 .
- ^ Хан, Гоцзюнь; Чен, Ши-Ю; Гонсалес, Вероника Д.; Зундер, Эли Р.; Фантл, Венди Дж.; Нолан, Гарри П. (2017). «Тег атомной массы висмута-209 для увеличения способности мультиплексирования иммуноанализа масс-цитометрии» . Цитометрия Часть А. 91 (12): 1150–1163. doi : 10.1002/cyto.a.23283 . ISSN 1552-4922 . ПМК 5802970 . ПМИД 29205767 . S2CID 205731719 .
- ^ Кришнасвами, Смита; Спитцер, Мэтью; Мингено, Майкл; Бендалл, Шон; Литвин, Орен; Стоун, Эрика; Пеэр, Дана; Нолан, Гарри (28 ноября 2014 г.). «Анализ передачи сигналов Т-клеток на основе условной плотности в данных об отдельных клетках» . Наука . 346 (6213): 1250689. doi : 10.1126/science.1250689 . ПМЦ 4334155 . ПМИД 25342659 .
- ^ Милошевич, Владан (2023). «Различные подходы к анализу данных масс-цитометрии» . Достижения биоинформатики . 3 : vbad046. дои : 10.1093/bioadv/vbad046 . ISSN 2635-0041 . ПМЦ 10115470 . ПМИД 37092034 .
- ^ Бендалл С.К., Саймондс Э.Ф., Цю П., Амир Эль-ад Д., Круцик П.О., Финк Р., Брюггнер Р.В., Меламед Р., Трехо А., Орнатский О.И., Балдерас Р.С., Плевритис С.К., Сакс К., Пеер Д., Таннер С.Д., Нолан ГП (2011). «Одноклеточная массовая цитометрия дифференциальных иммунных и лекарственных реакций в кроветворном континууме человека» . Наука . 332 (6030): 687–96. Бибкод : 2011Sci...332..687B . дои : 10.1126/science.1198704 . ПМК 3273988 . ПМИД 21551058 .
- ^ Бехбехани, Грегори К.; Бендалл, Шон К.; Беспорядок, Мэтью Р.; Фантл, Венди Дж.; Нолан, Гарри П. (1 июля 2012 г.). «Одноклеточная массовая цитометрия, адаптированная к измерениям клеточного цикла» . Цитометрия Часть А. 81 (7): 552–566. doi : 10.1002/cyto.a.22075 . ISSN 1552-4930 . ПМЦ 3667754 . ПМИД 22693166 .
- ^ Дамонд, Николас; Энглер, Стефани; Занотелли, Вито РТ; Шапиро, Денис; Вассерфаль, Клайв Х.; Кусмарцева Ирина; Ник, Гарри С.; Торель, Фабрицио; Эррера, Педро Л.; Аткинсон, Марк А.; Боденмиллер, Бернд (2019). «Карта прогрессирования диабета 1 типа у человека по данным масс-цитометрии» . Клеточный метаболизм . 29 (3): 755–768.e5. дои : 10.1016/j.cmet.2018.11.014 . ПМК 6821395 . ПМИД 30713109 .
- ^ Рамалья, Валерия; Шейх-Мохамед, Сальма; Легг, Карен; Парк, Кальвин; Рохас, Ольга Л; Занди, Стефани; Фу, Фред; Орнатская, Ольга; Суонсон, Эрик С; Питт, Дэвид; Прат, Александр; Макки, Тревор Д.; Гоммерман, Дженнифер Л. (01 августа 2019 г.). «Мультиплексная визуализация иммунных клеток при стадиях рассеянного склероза с помощью массовой цитометрии» . электронная жизнь . 8 : e48051. doi : 10.7554/eLife.48051 . ISSN 2050-084X . ПМК 6707785 . PMID 31368890 .
- ^ Джексон, Хартленд В.; Фишер, Яна Р.; Занотелли, Вито РТ; Али, Х. Раза; Мечера, Роберт; Сойсал, Савас Д.; Мох, Хольгер; Мюнст, Симона; Варга, Жужанна; Вебер, Уолтер П.; Боденмиллер, Бернд (27 февраля 2020 г.). «Ландшафт одноклеточной патологии рака молочной железы» . Природа . 578 (7796): 615–620. Бибкод : 2020Natur.578..615J . дои : 10.1038/s41586-019-1876-x . ISSN 0028-0836 . ПМИД 31959985 . S2CID 256820400 .
- ^ Молдовяну, Дэн; Рамзи, ЛиЭнн; Лажуа, Матье; Андерсон-Трокме, Люк; Лингранд, морской пехотинец; Берри, Диана; Перус, Лукас Дж. М.; Вэй, Юхун; Мораес, Клебер; Алкаллас, Рачед; Раджкумар, Шившанкари; Цзо, Дунмей; Данкнер, Мэтью; Сюй, Эрик Хунбо; Бертос, Николас Р. (2022). «Пространственное картирование иммунного ландшафта меланомы с использованием визуализационной масс-цитометрии» . Наука Иммунология . 7 (70): eabi5072. doi : 10.1126/sciimmunol.abi5072 . ISSN 2470-9468 . ПМИД 35363543 . S2CID 247865180 .
- ^ Хох, Тобиас; Шульц, Дэниел; Элинг, Нильс; Гомес, Хулия Мартинес; Левеск, Митчелл П.; Боденмиллер, Бернд (2022). «Мультиплексная визуализационная масс-цитометрия хемокиновой среды при меланоме характеризует особенности ответа на иммунотерапию» . Наука Иммунология . 7 (70): eabk1692. doi : 10.1126/sciimmunol.abk1692 . ISSN 2470-9468 . ПМИД 35363540 . S2CID 247865735 .
- ^ Лю, Зехан; Сюнь, Цзин; Лю, Шуанцин; Ван, Ботао; Чжан, Айминь; Чжан, Ланьцю; Ван, Ксимо; Чжан, Ци (2022). «Визуальная массовая цитометрия: многомерные и одноклеточные взгляды на микроокружение солидных опухолей» . Прогресс биофизики и молекулярной биологии . 175 : 140–146. doi : 10.1016/j.pbiomolbio.2022.10.003 . ПМИД 36252872 . S2CID 252961111 .