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美国纽约阿尔伯特爱因斯坦医学院干细胞流式平台技术总监。2004年获美国康涅狄格州立大学博士学位,博士在读期间开始涉足流式细胞技术应用。2013年加入爱因斯坦医学院主持干细胞流式与异种移植共享资源平台。

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CYTO2024笔记:光谱流式技术应用爆发式增长,新"玩家"入局——纽约阿尔伯特爱因斯坦医学院干细胞流式平台技术总监孙大千

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分享: 2024/05/17 11:04:24
导读: 在这一次的会议上, 虽然高维流式的维度仅从上次CYTO的48色提高到了50色,但光谱流式技术在应用广度和理论深度等方面都在迅猛发展。

光谱流式作为CYTO会议的重头戏已经有好几年了,也一直是我个人关注的重点。尤其是因为过去的一年中我的工作重点就是光谱分选仪的安装调试和运行推广。在这一次的会议上, 虽然高维流式的维度仅从上次CYTO的48色提高到了50色,但光谱流式技术在应用广度和理论深度等方面都在迅猛发展。

——笔者:孙大千 纽约阿尔伯特爱因斯坦医学院 干细胞流式平台 技术总监

——01——

光谱流式技术迅猛发展,自动化、AI、影像流式加持

CYTO会议的全体和平行会议报告中,涉及光谱流式技术的非常之多。更让人感兴趣的是光谱流式开始与其它的前沿技术热点相结合比如自动数据分析,AI技术与影像流式技术等。光谱流式的应用对象则从免疫细胞延伸到了肿瘤细胞,干细胞等等领域。研究的组织类型也从免疫系统扩展到了全身各种器官和组织。

比如剑桥大学 Andrian Liston教授的前沿报告 ”FlowCodes, a flow cytometry based platform for massive in vivo screening”。作者使用48色高维流式染色方案,来分析46种不同组织的免疫特征,以此来研究Treg在组织间的迁移过程。研究产生了天量数据,用人力来分析近乎不可能。于是作者编写了开源软件FlowCode对数据进行自动设门分析,取得了良好的效果。为了方便大家分享这个工具,作者还发布了软件的二维码,扫码就可以试用。这也是本次会议 的一股热潮,各种工具软件层出不穷,而且都是开源资料,非常有利于技术的推广。

CYTO2024笔记:光谱流式技术在应用、理论等多维度迅猛发展——纽约阿尔伯特爱因斯坦医学院干细胞流式平台技术总监孙大千

约克大学的David Kent教授则是利用前沿仪器把流式与影像技术结合起来,不仅检测标记物的表达,同时还可以观测到标记物在细胞内的分布。并且将二者结合起来对造血干细胞进行了分群,分选和一系列功能性研究。报告的题目是“Seeing is believing :Unlocking new research questions using image enabled cell sorting”,“Seeing is believing/眼见为实”十分形象的描绘了影像与流式技术结合的巨大优势。

同时,在各个平行会议,尤其是两个单元的光谱流式平行会议中,我看到了众多30-50色的高维光谱流式染色方案,应用于识别免疫细胞以及免疫环境中的各种组织细胞。细胞的来源也不限于人和小鼠,还扩展到了非人灵长类动物,用于疫苗研发。课题的领域则涵盖了基础,转化与临床研究

由于光谱流式技术大大拓展了数据的维度,最近连续几次CYTO中的数据分析报告也主要围绕光谱与影像两个领域展开。算法分析高维数据, 细胞分群本就是难点,研究人员其实还需要再进一步探索, 漂亮的高维数据到底能告诉我们什么?

今年除了新的降维算法继续涌现之外,数据分析工具又向前跨越了一步,开始在AI的辅助下直接解释流式数据的生物学意义也就是说,我们输入高维数据之后,不仅能看到令人眼花缭乱的彩色细胞群图谱,还能够直接推测每群细胞的表型,甚至探索表型变化与生物学和病理学特征的相关性。这样的分析是AI通过搜索浩如烟海的科研文献来实现的,极大节省了我们用于文献检索的时间。典型的例子是多色流式先驱Pratip 博士开发的TerraFlow系统。

CYTO2024笔记:光谱流式技术在应用、理论等多维度迅猛发展——纽约阿尔伯特爱因斯坦医学院干细胞流式平台技术总监孙大千

——02——

爆发式应用增长激发仪器厂商热情,光谱流式赛道涌入新“玩家

如果说光谱流式技术在几年前,还是令人好奇的新鲜事物,现在它已经走进了大部分学校和研究机构。本次CYTO之前ISAC曾做过全球流式使用情况的问卷调查,用过光谱流式仪的用户已经达到了三分之二。应用的爆发式增长显然激发了仪器厂商的极大热情

CYTO2024笔记:光谱流式技术在应用、理论等多维度迅猛发展——纽约阿尔伯特爱因斯坦医学院干细胞流式平台技术总监孙大千

感谢Cytek,总结了光谱流式仪的发展史。在本次CYTO会议上,许多头部企业都宣布推出或即将推出新款光谱流式仪。包括赛默飞,索尼,贝克曼安捷伦等等。同时,国产流式仪器也在努力赶的过程中,在CYTO上我看到了层浪科技的展位,得知他们也有计划在明年推出自己的光谱流式仪,非常高兴。

竞争的市场是用户的福音,我们可以一起期待百花齐放的春天了。

——03——

问题与挑战

当然,随着光谱流式技术的维度迅速冲上50+这个台阶,同时使用范围加速扩展,高维+光谱也产生了许多特有的问题和挑战。从染色方案设计与验证,到实际操作时对照的制备与光谱解析的细节,再到数据的分析解读,光谱流式都与传统流式既有相似之处,也有着自己的特殊性。

CYTO2024笔记:光谱流式技术在应用、理论等多维度迅猛发展——纽约阿尔伯特爱因斯坦医学院干细胞流式平台技术总监孙大千

我非常重视的是BD公司Peter Mage博士在设计50色高维流式方案的时候发现的新概念:光谱解析造成的信号扩展误差,这是高维光谱流式独有的现象,对于我们设计高维染色方案有极大的影响。对于这个问题,我会单写一篇小文章来讨论。还有,由于高维流式使用的抗体太多,就容易使得两个荧光抗体分子在空间上过于接近,从而发生FRET现象。图中这个诡异的火箭峰,很容易被误认为双阳性群,其实是FRET造成的。在验证和优化高维染色方案的时候需要特别警惕这种现象。

图片

在这次会议上争论很多的,还有一个非常实际的操作问题,相信有光谱流式经验的伙伴们多半都遇到过。这个问题就是:怎样处理图中这样不理想的光谱解析结果?可以像传统流式一样,手动加上一层补偿吗?如果加补偿的话,应该遵循什么样的标准?倘若加的不对,会不会造成实验结果的误读呢?我和许多同行专家交流过,大家莫衷一是。

——彩蛋环节——

“We can’t. The authors are still fighting with each other now.”

最有趣的是上次CYTO中联合众多资深流式专家,设计并主持流式纠错workshop的Anna Belkina博士,她对于鉴别错误的流式数据有着丰富的经验。我问她什么时候各位大咖能总结出一个SOP,教大家怎样正确的在光谱解析数据上手动附加补偿。她半开玩笑的眨眨眼说 “We can’t. The authors are still fighting with each other now.” 不过,大家还是有一些共识的:首先需要尽一切努力制备正确的单染对照,还要充分的分析自发荧光的影响,这样可以减少光谱解析错误的程度。另外,最好要准备细胞表型已知的阳性对照样品,用来验证染色方案和解析过程的准确性,比如健康人的外周血细胞。还要充分的阅读文献,对于样品中细胞分群应该有的样子有一定的了解,再去手动加补偿,这样才能最大限度的避免误读。如果对于分群的模式毫无概念,贸然去手动加补偿,那就是典型的盲人瞎马,有很大的可能会掉进坑里,得出错误的结论。

【后记】总而言之,光谱流式作为一个强大的研工具,其技术已经发展到了相当的高度。现在的大趋势是向应用的广度和深度方向发展。可以说,光谱流式就像一柄刚刚锻炼成功的神兵利器,光芒耀眼夺目。但是这毕竟是一件新武器,它的创造者和使用者仍在摸索它正确的使用方法,同时在不断探索它能力的边界。如果使用得当,这件神兵能为你破除迷障,打开一片新天地。如果使用不当,造成的恶果也会超过它的前辈。就让我们一起努力,成为能够熟练驾驭这件神兵的剑侠吧,期待它帮助我们打开新世界的大门。

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作者:孙大千

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