單細胞質譜流式技術解析生物材料體內免疫應答

　　前言：質譜流式細胞儀（CyTOF）

質譜流式細胞技術的核心融合了流式細胞技術與質譜技術。目前質譜流式細胞技術採用的儀器是CyTOF（Cytometry by  Time-Of-Flight），其原理簡單來說是利用質譜原理對單細胞進行多參數檢測的流式技術，既繼承了傳統流式細胞儀的高速分析的特點，又具有質譜檢測的高分辨能力。傳統流式細胞技術和質譜流式細胞技術相比，主要有兩點不同：1.標籤系統的不同，前者主要使用各種螢光基團作為抗體的標籤，後者則使用各種金屬元素作為標籤；2.檢測系統的不同，前者使用雷射器和光電倍增管作為檢測手段，而後者使用ICP質譜技術作為檢測手段。

近日，浙江大學醫學院歐陽宏偉教授課題組在《Applied Materials Today》在線發表最新論文「Single-cell mass cytometry reveals in vivo immunological response to surgical biomaterials」。該研究運用單細胞質譜流式技術分析了兩種生物材料(聚丙烯補片和絲素補片)在軟組織修復過程中的系統性免疫反應特徵，比較了兩組外周血免疫細胞的比例以及與免疫細胞中激活、遷移相關的功能標誌物表達情況，顯示絲素補片具有更好的生物相容性。

　　生物材料已經在臨床被廣泛應用，如腹部疝修復使用的補片，軟骨修復中使用的支架，肌腱重建中使用的人工韌帶等等。然而，生物材料植入體內後會引起體內的免疫應答，嚴重的免疫反應(異物反應)會造成一系列的併發症：疼痛、感染、組織粘連等，使得治療失敗甚至需要二次手術。2016年，業界某巨頭公司大量疝修復補片產品因考慮到復發率或再次手術率高等因素被其安全團隊召回1。因此，生物材料的臨床前安全評估和臨床監測非常重要。但是，目前檢測生物材料的檢測方法大多是體外實驗不能精準模擬體內複雜的環境;或是聚焦於局部免疫反應而缺乏對全身系統性免疫的評估，因此未能準確評估生物材料的安全性，不能有效預測和規避不良後果。

　　單細胞質譜流式是一項通過使用金屬標記抗體，質譜檢測信號的新型流式技術，近年來已經被廣泛應用於細胞分化、腫瘤檢測、藥物篩選等多個研究領域。它具有高通量、高解析度的特點：在單細胞水平上可同時分析超過40種細胞標誌物，可同時檢測上百個通道，可用來分析評估複雜細胞系統中細胞亞群和功能標誌物表達情況。因此，單細胞質譜流式技術可以作為深度解析生物材料體內免疫應答的「利器」。

　　該研究以外科常見疝修復手術應用的聚丙烯補片和絲素補片為例，首次利用單細胞質譜流式技術評估了這兩種生物材料在小鼠腹部缺損模型中引起的系統免疫反應(圖1)。結果顯示：與聚丙烯補片相比，絲素補片組的外周血中巨噬細胞，單核細胞，中性粒細胞，CD4+ T 細胞，以及CD8+ T 細胞比例更低，免疫細胞比例更接近於對照組;並且免疫細胞激活、遷移相關的功能性標誌物 (CD115, CD27, and CD62L)也相對低表達。同時，絲素補片組材料植入處的免疫細胞(巨噬細胞和中性粒細胞)浸潤要顯著性低於聚丙烯補片組。此外，作者還發現絲素補片組具有較輕的組織粘連和更好的組織修復效果(圖2)。這表明系統性免疫應答特徵(免疫細胞比例和功能標誌物表達情況)可以體現生物材料在體內異物反應的程度，或可作為預測併發症發生和組織修復情況的依據。

　　圖1：運用單細胞質譜流式技術解析材料植入體內後的系統性免疫反應

　　

圖2：兩種生物材料植入後的組織粘連和組織修復情況

　　該研究提出了基於單細胞質譜流式的一種高通量高解析度的生物材料體內系統性免疫應答評估策略，這可為生物材料的臨床前安全評估和臨床應用監測提供有效手段，為進一步篩選和開發免疫調控性生物材料提供新思路和新方法。

　　植入性醫療器械的快速發展促進人們對醫療服務的要求日益提高，生物材料的安全問題越來越受到重視。生物材料的成分、磨損、代謝、降解產物等帶來的風險可以通過不斷發展的新型高通量檢測技術進行評估。

　　近期浙江大學醫學院歐陽宏偉教授實驗室基於單細胞質譜流式技術，結合HLLA-seq及生物材料-基因作用圖譜策略(NGA)，將從單細胞水平、整個機體水平建立起一套完善、系統的評價系統，為生物材料的臨床使用保駕護航。

　　

Helios® 質譜流式細胞儀系統

Helios™ 質譜流式系統具有高效簡潔的工作流程以及廣泛的適用性，通過獨創的金屬標籤抗體技術，標記細胞表面及胞內蛋白，實現單細胞的多參數檢測，可以對單細胞進行全面的表型、信號通路及功能研究。

版權與免責聲明：

① 凡本網註明"來源：儀器信息網"的所有作品，版權均屬於儀器信息網，未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用。已獲本網授權的作品，應在授權範圍內使用，並註明"來源：儀器信息網"。違者本網將追究相關法律責任。

② 本網凡註明"來源：xxx（非本網）"的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在於傳遞更多信息，並不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責，且不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。如其他媒體、網站或個人從本網下載使用，必須保留本網註明的"稿件來源"，並自負版權等法律責任。

③ 如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發表之日起兩周內與本網聯繫，否則視為默認儀器信息網有權轉載。