细胞功能学检测

http://gene.bjmu.edu.cn/news/ap1.gif 　　细胞凋亡与坏死是两种完全不同的细胞凋亡形式，根据死亡细胞在形态学、生物化学和分子生物学上的差别，可以将二者区别开来。细胞凋亡的检测方法有很多，下面介绍几种常用的测定方法。 一、细胞凋亡的形态学检测 　　根据凋亡细胞固有的形态特征，人们已经设计了许多不同的细胞凋亡形态学检测方法。 　　1 光学显微镜和倒置显微镜 　　（1） 未染色细胞：凋亡细胞的体积变小、变形，细胞膜完整但出现发泡现象，细胞凋亡晚期可见凋亡小体。 贴壁细胞出现皱缩、变圆、脱落。 　　（2） 染色细胞：常用姬姆萨染色、瑞氏染色等。凋亡细胞的染色质浓缩、边缘化，核膜裂解、染色质分割 成块状和凋亡小体等典型的凋亡形态。 　　2 荧光显微镜和共聚焦激光扫描显微镜 　　一般以细胞核染色质的形态学改变为指标来评判细胞凋亡的进展情况。 　　常用的DNA特异性染料有：HO 33342 (Hoechst 33342)，HO 33258 (Hoechst 33258), DAPI。三种染料与　DNA的结合是非嵌入式的，主要结合在DNA的A-T碱基区。紫外光激发时发射明亮的蓝色荧光。 　　Hoechst是与DNA特异结合的活性染料，储存液用蒸馏水配成1mg/ml的浓度，使用时用PBS稀释成终浓度为2~5mg/ml。 　　DAPI为半通透性，用于常规固定细胞的染色。储存液用蒸馏水配成1mg/ml的浓度，使用终浓度一般为0.5 ~1mg/ml。　　结果评判：细胞凋亡过程中细胞核染色质的形态学改变分为三期：Ⅰ期的细胞核呈波纹状（rippled）或呈折缝样（creased），部分染色质出现浓缩状态；Ⅱa期细胞核的染色质高度凝聚、边缘化；Ⅱb期的细胞核裂解为碎块，产生凋亡小体(图1)。 　　3 透射电子显微镜观察 　　结果评判：凋亡细胞体积变小，细胞质浓缩。凋亡Ⅰ期（pro-apoptosis nuclei）的细胞核内染色质高度盘绕，出现许多称为气穴现象（cavitations）的空泡结构(图2)；Ⅱa期细胞核的染色质高度凝聚、边缘化；细胞凋亡的晚期，细胞核裂解为碎块，产生凋亡小体。

生物发光技术在细胞学检测中的应用摘要：本文就生物发光技术的种类、机理、及其技术特点进行了综述，并就其在细胞学检测中的应用与研究进展展开了讨论。关键词：生物发光； ATP；荧光素酶；细胞凋亡；细胞内游离Ca2+自从20多年前，Marlene A DeLuca’s第一个成功的获得表达萤火虫荧光素酶基因(luc基因)的转基因烟草以来，生物发光(Bioluminescenc，BL)作为一个古老而又年轻的技术, 近年来得到了很大的发展和广泛的应用。而近几年来，随着分子生物学的进展以及一些新生物技术工具的出现，尤其在某些关键技术如生物传感器、基因序列分析、活体细胞ATP 测定]等方面取得了一些突破，使生物发光的应用进入了一个新时代，极大提高了生物发光的检测和快速应用，其应用范围更进一步扩大[1]。1 生物发光的种类和特点尽管自然界中的生物体普遍存在发光现象，它们的发光机理、强度和光谱范围存在着很大差异。目前，国际上根据发光的机理不同将生物发光分为：受激荧光，发光生物发光，化学发光和生物的超微弱发光[3,4]。1.1 受激荧光受激荧光是指生物体在受到外界光辐射的作用时，体内固有的荧光物质或吸收的荧光标记物发光的现象。在生物学领域中，由于分析物质荧光的方法敏感性极高，而且几乎所有的有机分子都能够直接或经过适当的化学处理后发生荧光，故很早就受到重视，并逐渐发展成为生物学和医学中的荧光分析。在生物医学领域应用荧光分析最多的是荧光显微技术，基本工具为荧光显微镜。但一般的荧光显微镜某些情况下荧光的亮度不足，使观察困难随着光电技术和计算机技术的进步，已经发展出的激光共聚焦显微镜，操作更加方便，实验可重复性提高，使受激荧光的应用更加广泛[5]。1.2 发光生物发光在生物发光领域中最容易被人们所接受的发光现象就是以萤火虫的闪光为代表的发光生物发光[3]。现在，已了解各种发光生物发光的基本反应，在这个领域中也取得了一些新的进展，例如在体外重组虫荧光素酶，用基因工程技术在大肠杆菌中表达；人工合成荧光素；体外模拟细菌发光体系已获成功；细菌的发光基因已被提出，同样也已用基因工程方法在大肠杆菌中表达。水母发光蛋白已经分离纯化，一级结构已经清楚。由于生物发光的量子效率极高，所以研究生物发光能量的转化具有重要的理论与实际意义。近年来被广泛应用的发光蛋白，如GFP、YFP、CFP 等，其发光原理就是源自动物的自发发光，从而为生物医学研究提供了新的手段[6]。1.3 化学发光化学发光是在化学反应过程中(主要为氧化还原反应)发出可见光的现象[6]。化学发光反应是由两个关键步骤组成：激发和发射。许多化学反应进行时能释放足够的自由能而把参加反应的物质之一激发到能发射光的电子激发态，生成一种激发态产物，在它回到基态时，剩余能量转变成光子能量产生发光现象。随着化学发光物质合成技术的进步，化学发光在生物医学及其它领域的应用越来越广泛[7,8]，将化学发光与免疫反应结合起来建立的化学发光免疫测定法和化学发光标记是继荧光标记，放射性核素标记，酶标记三大标记技术之后，发展起来的最新检测技术[8]。1.4 生物超微弱发光 随着生物发光研究的进一步深入，发现人体的器官、组织、细胞、乃至大分子都在发光，不过发光强度更弱。这些有关生物超微弱发光(ultra-weak bioluminescence)的研究课题，构成了当前生命科学发展前沿中的一个极其重要的研究领域——生命系统的超微弱光子辐射(ultra-weak photon emission from living system) [8]。20世纪60~70 年代以来，各国先后出现了一些研究小组专门进行这方面的探讨，如日本的稻场文男小组(1991)研究了鼠肝核的超微弱天然光子发射；德国F.A. Popp小组提出了“生物光子”概念和一系列的相干理论[9]。目前研究已涉及到细胞、亚细胞乃至生物大分子的层次[ 9,10]。越来越多的实验表明，DNA 是生物超微弱发光的一个辐射源。1.5 生物发光特点研究发现生物发光有以下几个特点：① 生物发光的颜色范围很宽，可从红光到深蓝光；② 氧是几乎所有生物发光系统中必须的因素；③ 生物发光是由“荧光素酶”与“荧光素”的化学反应所引起的；④ 所有的生物发光反应似乎都是酶-底物类型的反应，但复杂程度不同，某些生物发光反应涉及3 种或4种底物，而另一些生物发光反应甚至需要3个或4个酶的体系[8]。[/size]

[font=宋体]流式细胞术，作为一种先进的生物技术，已经在生物医学研究中占据了举足轻重的地位。这种技术以其高精度、高速度以及多参数同时检测的能力，广泛应用于细胞生物学、免疫学、肿瘤学等多个领域。流式细胞术不仅可以对单个细胞进行多参数定量分析和分选，还能够对细胞内部的蛋白质、核酸、细胞受体以及细胞表面抗原等进行检测。因此，它在疾病诊断、药物筛选、细胞功能研究等方面具有广泛的应用前景。本文将对流式细胞术的检测原理、应用领域以及发展前景进行详细介绍，旨在为读者提供对这一技术全面而深入的了解。流式细胞术可以检测什么？下面是具体检测信息及应用：[/font][font=宋体] [/font][b][font=宋体][font=Calibri]1.[/font][font=宋体]细胞表型检测[/font][/font][/b][font=宋体]免疫细胞表型是流式细胞术最突出应用。[/font][font=宋体][font=宋体]通过检测免疫细胞群的表面或细胞内标志物，对其进行鉴定和表征。流式细胞术能够精确鉴定和分类免疫细胞群，例如[/font] [font=Calibri]T [/font][font=宋体]细胞、[/font][font=Calibri]B [/font][font=宋体]细胞、[/font][font=Calibri]NK [/font][font=宋体]细胞、树突状细胞、单核细胞、巨噬细胞、血小板和粒细胞等。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]研究人员可以识别和量化异质群体中的各种免疫细胞亚群。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]临床医生可以诊断和监测各种血液系统疾病、进行免疫免疫评估（[/font][font=Calibri]8[/font][font=宋体]大类免疫细胞构成与肿瘤预后）。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][b][font=宋体][font=Calibri]2.[/font][font=宋体]细胞活力检测[/font][/font][/b][font=宋体] [/font][font=宋体]流式细胞术能够定量测量群体内和体外培养的活细胞和非活细胞。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]通过使用选择性标记活细胞或死细胞的荧光染料，流式细胞术可以提供精确可靠的活力测定，有助于确定细胞活力百分比。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]流式细胞术可以根据特定的标志物或染料区分活细胞、凋亡细胞和坏死细胞，从而更详细地了解细胞的健康和状态。通过将活力染料与细胞表面抗原、细胞内蛋白或功能测定的标记物相结合，研究人员可以在特定细胞类型或实验条件下获得有关细胞活力及其发生机制的全面信息。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]最常用的活性检测染料[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]死细胞：碘化丙啶（[/font] [font=Calibri]propidium iodide[/font][font=宋体]，[/font][font=Calibri]PI[/font][font=宋体]）和[/font][font=Calibri]7-AAD[/font][font=宋体]，与[/font][font=Calibri]DNA[/font][font=宋体]结合，但只能进入膜受损的细胞，使死细胞发出荧光。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]凋亡细胞：[/font][font=Calibri]annexin V[/font][font=宋体]：对磷脂酰丝氨酸具有强结合亲和力的蛋白质，在细胞凋亡的早期阶段暴露在质膜的外表面[/font][font=Calibri]annexin V+PI[/font][font=宋体]是常用区分凋亡细胞和坏死细胞的组合。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]活细胞：[/font][font=Calibri]calcein AM[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]CFDA[/font][font=宋体]（[/font][font=Calibri]carboxyfluorescein diacetate[/font][font=宋体]）、[/font][font=Calibri]FDA [/font][font=宋体]（[/font][font=Calibri]fluorescein diacetate[/font][font=宋体]） ：进入活细胞，但只有在与细胞内酶相互作用时才会发出荧光[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]细胞体内增殖：[/font][font=Calibri]CFSE(CFDA-SE)[/font][font=宋体]穿透细胞膜，在活细胞内与胞内蛋白共价结合，水解后释放出绿色荧光。在细胞分裂增殖过程中，它的荧光强度会随着细胞的分裂而逐级递减，标记荧光可平均分配至两个子代细胞中，因此其荧光强度是亲代细胞的一半，根据这一特性，它可被用于检测细胞增殖，细胞周期的估算及细胞分裂等方面。[/font][/font][font=宋体] [/font][b][font=宋体][font=Calibri]3.[/font][font=宋体]细胞周期分析[/font][/font][/b][font=宋体] [/font][font=宋体]从流式细胞术的早期开始，细胞周期分析就成为有价值的应用。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]原理是基于荧光和核酸的量之间的关系。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]常用核酸结合染料：碘化丙啶（[/font][font=Calibri]PI[/font][font=宋体]），[/font][font=Calibri]Hoechst[/font][font=宋体]，[/font][font=Calibri]DAPI[/font][font=宋体]，[/font][font=Calibri]7-AAD[/font][font=宋体]，溴化乙锭等。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]流式细胞术细胞周期分可以有很多方面的应用，例如，[/font][font=Calibri]DNA/Ki67[/font][font=宋体]测定可以将表型选择与细胞周期分析相结合，用于监测[/font][font=Calibri]p53[/font][font=宋体]细胞周期停滞，评估抗癌活，多药耐药性等。[/font][/font][font=宋体] [/font][b][font=宋体][font=Calibri]4.[/font][font=宋体]离子通道测定[/font][/font][/b][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]钙作为关键的第二信使，在许多细胞信号通路中起着至关重要的作用。它在免疫细胞活化中尤为重要，包括[/font][font=Calibri]T[/font][font=宋体]细胞、[/font][font=Calibri]B[/font][font=宋体]细胞和[/font][font=Calibri]NK[/font][font=宋体]细胞。[/font][/font][font=宋体]此外，钙信号传导还参与肥大细胞脱颗粒、神经元兴奋性、突触传递和神经递质释放至关重要。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]细胞脱颗粒的早期测量值是通过使用钙离子载体[/font][font=Calibri]A23187[/font][font=宋体]的流式细胞术确定的。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]常用荧光染料：[/font][font=Calibri]fluo-3 [/font][font=宋体]和[/font][font=Calibri]indo-1[/font][font=宋体]。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]虽然[/font][font=Calibri]Ca2+[/font][font=宋体]通道测量是最常见的应用之一，但其他离子如镁、钾、钠和氢也可以使用流式细胞术进行监测。[/font][/font][font=宋体] [/font][b][font=宋体][font=Calibri]5.[/font][font=宋体]细胞功能检测[/font][/font][/b][font=宋体]最早的检测是细胞酯酶。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]使用响应氧化态变化的活性染料检测粒细胞的氧化电位。例如，氢乙啶（[/font][font=Calibri]hydroethidine[/font][font=宋体]）用于中性粒细胞呼吸爆发。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]二乙酸二氯荧光素（[/font][font=Calibri]dichlorofluorescein diacetate[/font][font=宋体]），已被用于吞噬细胞功能研究。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]效应细胞杀伤功能，是流式细胞术的另外一个重要应用。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]细胞因子是免疫细胞功能的重要执行分子，对科学研究，免疫细胞治疗，临床诊疗都及其关键。基于流式细胞术开发的多重细胞因子检测，已经有广泛应用。[/font][font=宋体] [/font][b][font=宋体][font=Calibri]6.[/font][font=宋体]蛋白质工程[/font][/font][/b][font=宋体] [/font][font=宋体]流式细胞术和分选传统上不是蛋白质工程中最常用的技术之一。然而，近年来，在该领域的应用越来越多。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]流式细胞术被用于酶学蛋白质研究，包括细胞色素[/font][font=Calibri]P450[/font][font=宋体]、葡萄糖氧化酶、几丁质酶、纤维素酶、过氧化物酶、酯酶、转移酶、β半乳糖苷酶、硫代内酯酶等。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]蛋白质工程，包括在基因水平上引入突变（随机或特异性），以创建由数千到数百万个单个蛋白质变体组成的文库（如上图），使用流式细胞术[/font] [font=宋体]每天能够分析多达[/font] [font=Calibri]10^8[/font][font=宋体]–[/font][font=Calibri]10^9 [/font][font=宋体]个克隆，并对具有所需特性的克隆进行分类。[/font][/font][b][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]7.[/font][font=宋体]哺乳动物细胞和细菌细胞分选[/font][/font][/b][font=宋体] [/font][font=宋体]细胞分选是流式细胞的重要应用之一，哺乳动物细胞相对成熟，不做赘述。细菌细胞方面的应用，也逐渐开始建立。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]与耗时的传统琼脂铺板检测方法相比，流式分选可以快速检测和分选悬浮液中的单个细菌细胞。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]尽管细胞分选仪具有高性能，但它们在微生物学中的应用一直受到限制。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]这主要是由于微生物体积小，因此很难将它们与培养基中的细胞碎片或背景颗粒区分开来。另一个潜在的问题是，通常没有细菌菌株特有的抗体。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]限制细胞分选仪在细菌检测和分选中的适用性的其他因素主要与分选仪硬件功能本身有关，在流式细胞术仪器的早期，数量有限的激光器和检测器，限制一次只能使用一种或两种荧光染料。随着最新仪器的发展，多激光器和检测起的仪器被开发：包括赛默飞世尔的[/font][font=Calibri]Bigfoot[/font][font=宋体]光谱细胞分选仪，[/font][font=Calibri]BD FACSAria III[/font][font=宋体]分选仪，索尼[/font][font=Calibri]MA900[/font][font=宋体]细胞分选仪和贝克曼库尔特的[/font][font=Calibri]MoFlo Astrios EQ[/font][font=宋体]等。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]此外，部分致病性细菌，需要在[/font][font=Calibri]BSL2[/font][font=宋体]以上的实验环境下进行，现在部分流式细胞术带有[/font][font=Calibri]BSL 2 hood[/font][font=宋体]。[/font][/font][font=宋体] [/font][b][font=宋体][font=Calibri]8.[/font][font=宋体]液滴微流体[/font][/font][/b][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]液滴微流体是一个相对较新的领域，专注于皮升体积中含有细胞或[/font][font=Calibri]DNA[/font][font=宋体]的离散液滴的形成，操作和分析，应用于生物学、化学、材料科学和医学。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]在生物学中，液滴微流体可实现单细胞分析、生物分子的高通量筛选、细胞异质性研究和药物发现。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]流式细胞术分析是研究单细胞的强大技术，可提供有关各种参数的宝贵信息。然而，它的测量仅限于直接连接到细胞的分子，例如表面或细胞内标记物，限制研究由细胞分泌或由[/font][font=Calibri]DNA[/font][font=宋体]分子产生但不物理附的分子。液滴微流体提供了一种克服这一限制的新方法。将细胞或[/font][font=Calibri]DNA[/font][font=宋体]封装在单个液滴中会产生离散的区室，从而能够分析由封装实体释放或产生的化合物。[/font][/font][b][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]9.[/font][font=宋体]下一代生物制剂[/font][/font][/b][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]生物制药已经占据了药物市场的重要份额，包括治疗性蛋白质（[/font][font=Calibri]65%[/font][font=宋体]），疫苗（[/font][font=Calibri]20%[/font][font=宋体]）等。通过测序（[/font][font=Calibri]NGS[/font][font=宋体]）进行单[/font][font=Calibri]B[/font][font=宋体]细胞库分析和克隆扩增鉴定，直接从人类幸存者克隆免疫球蛋白基因，分离出高亲和力中和抗体，加快了单克隆抗体药物的研发，然而，这种方法比较昂贵，且依旧需要后续的功能验证等。新策略可使用流式细胞术、[/font][font=Calibri]MACS[/font][font=宋体]或微流体将单细胞分离与功能筛选相结合，降低开发成本并消除失败的候选药物，是流式细胞术新的应用开发方向。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]义翘神州提供[url=https://cn.sinobiological.com/services/flow-cytometry-service][b]流式细胞检测技术服务[/b][/url]，拥有[/font][font=宋体][font=宋体]①具有 [/font][font=Calibri]20,000 [/font][font=宋体]次以上流式抗体筛选鉴定经验及多年流式诊断抗体研发经验，在实验方案设计、样品制备、数据分析等方面确保科学性、准确性和可靠性[/font][font=Calibri] [/font][/font][font=宋体][font=宋体]②拥有 [/font][font=Calibri]1,000 [/font][font=宋体]余株自产精品流式抗体，覆盖细胞膜、胞内、核内及分泌抗原；[/font][/font][font=宋体][font=宋体]③自产 [/font][font=Calibri]Annexin V/7-AAD [/font][font=宋体]凋亡检测试剂盒，并储备多种流式检测常用试剂，大大节约购买试剂的等待时间和实际费用；[/font][/font][font=宋体][font=宋体]④可以提供近 [/font][font=Calibri]200 [/font][font=宋体]种细胞系选择，省去细胞样本寄送过程中的风险，并可以免费提供健康人外周血细胞对照品。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]更多详情可以关注：[/font][font=Calibri]https://cn.sinobiological.com/services/flow-cytometry-service[/font][/font][font=宋体] [/font][b][font=宋体][font=宋体]义翘神州：蛋白与抗体的专业引领者，欢迎通过百度搜索[/font][font=宋体]“义翘神州”与我们取得联系。[/font][/font][/b][font=宋体] [/font][font=Calibri] [/font]