量化成像流式细胞技术在心血管研究中的应用

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1、“我国每5个成年人中就有1个心血管病患者，每10秒钟就有1人死于心血管疾病“，心血管疾病在致中国城镇与农村居民死亡疾病中占首位。因此可见，心血管疾病的预防与治疗是未来临床与科研重点关注的研究方向。转化医学这一概念的提出促进了临床实践向基础研究提出新的命题，基础研究提出可能的解决方案进行临床验证，相互转化。目前中国转化医学的研究重点在心血管疾病与肿瘤，集中在疾病的发病机制、疾病的早期非创伤性诊断、疾病的规范治疗及新药物新技术的开发等。细胞水平建立体外疾病模型从而研究相关发病机制与治疗手段，是心血管疾病关注的重要方向。流式细胞检测和显微成像，是细胞水平研究的两大传统方法。利用流式细胞技术，

2、科研人员可以分析上万个细胞，获得每个细胞的相对大小、颗粒度和荧光信号的数值，从而得到细胞群体的各种统计数据，筛选出稀有的细胞亚群。但是传统流式细胞检测技术存在一定局限，获得高通量的同时忽略了细胞承载的丰富信息。研究人员仅仅得到散点图上的一个点，而不是真实的细胞图像，缺乏细胞形态、亚细胞器结构与荧光信号空间分布的相关信息。要想获得基于细胞图像的数据，研究人员必须借助各种显微成像设备进行观察，但显微镜能够观察到的细胞数量是非常有限的，容易遗漏稀少事件，手动分析数据耗费大量人力和时间，而且受实验人员的主观因素影响，实验结果的稳定性很差，难以提供准确的细胞群体量化与统计数据。因此，量化成像流式

3、细胞技术（ImageStream）的出现结合了流式检测的高通量与荧光显微镜的高内涵，同时提供细胞图像与群体统计数据，给传统细胞分析带来了重大变革，在流式细胞分析、分选的传统技术之外开创了“成像流式“下一代专家级流式细胞技术的发展方向。心脑血管研究经常涉及分离分析原位组织中的干细胞、前体细胞等，若仅仅使用传统流式分析方法，难以精确鉴定细胞。荧光显微镜又受通量的限制，难以捕获稀有现象。量化成像流式细胞技术的优势在于高功率激光器与785nmSSC专用激光器适合分析低含量细胞，结合了量化成像高内涵与传统流式分析的高通量特点，准确显示稀有细胞的形态学特性，并可进一步结合细胞表面与内部标记物确认该

4、细胞群生物学功能。极小胚胎样干细胞（VSELs）是指人类血液及骨髓中存在的一类体积非常小、数量非常稀少的多能干细胞，被认为具有替代胚胎干细胞的潜力，其在科学界深受重视。然而，这种细胞真的存在吗？来自肯塔基大学的一个心血管疾病研究小组利用ImageStream发现了心肌缺血患者VSELs迁移到外周血的证据（图一），骨髓中这群细胞的比例仅为0.01%，表达CXCR4+、SSEA+、Oct4+和Nanog+。研究人员精确地了解到VSELs的直径约为3.6微米左右，而造血干细胞HSC的直径较大些，大约为6.5微米。对于核/质比的分析发现，VSELs的核/质比显著高于HSCs，细胞质区显著小于H

5、SCs。组织器官受损时（如该研究证实的心肌梗死），VSELs可能从骨髓中释放入血液循环中，以参与损伤修复过程。而受损组织炎性因子或趋化因子的释放，也会影响VSELs向损伤区域或其他脏器的归巢。与此类似，ImageStream可应用与心肌组织干细胞研究，结合高通量与形态精确鉴定，研究信号通路的活化。图一：心肌萎缩病人的极小胚胎样干细胞VSELs迁移到外周血中。Lin/CD45为造血干细胞HSCs的标记物，Oct4和CD34为极小胚胎样干细胞VSELs的标志物，7-AAD标记细胞核，该研究使用了ImageStream系统检测VSELs，显示了明场图像与biomarker的荧光成像，发现Oc

6、t4可以与细胞核共定位。来源：EvidenceofMobilizationofPluripotentStemCellsintoPeripheralBloodofPatientswithMyocardialIschemia.ExpHematol.2010Dec;38(12):1131–1142.e1.细胞自噬是一种利用溶酶体对自身细胞器进行分解、将产生的大分子物质予以回收利用的高度保守的细胞降解过程。饥饿、缺血、氧化应激等均可诱导其发生。自噬的调节也与心血管疾病相关，包括心脏肥大、缺血性心脏病、心力衰竭以及缺血-再灌注损伤。正常的细胞自噬对心肌细胞有保护作用,自噬不足或自噬过度则可促发疾

7、病或加重病变。量化成像分析技术可以（1）借助多种细胞表面与内部标记物追踪自噬蛋白与自噬小体的变化，（2）统计自噬蛋白与溶酶体的共定位，（3）研究自噬蛋白与受体的相互作用，并可组合多种应用模块量化分析（4）细胞自噬与凋亡的关系、涉及的上下游信号分子。ImageStream技术在自噬方面的研究成果已有多篇发表于Science、Oncogene、Autophage、JournalofImmunology等高水平专业杂志。ImageStream技术建立