Цитометрия - Cytometry

Цитометры инструменты, которые подсчитывают клетки крови в общем анализе крови.

Цитометрия это измерение характеристик клетки. Переменные, которые можно измерить цитометрическими методами, включают: размер ячейки, количество клеток, морфология клеток (форма и структура), клеточный цикл фаза ДНК содержание, а также наличие или отсутствие конкретных белки на поверхности клетки или в цитоплазма.[1] Цитометрия используется для характеристики и подсчета клетки крови в общем анализы крови такой как полный анализ крови. Аналогичным образом цитометрия также используется в исследованиях клеточной биологии и в медицинской диагностике для характеристики клеток в широком диапазоне приложений, связанных с такими заболеваниями, как рак и СПИД.

Цитометрические устройства

Цитометры изображений

Цитометрия изображений - самая старая форма цитометрии. Цитометры изображений работают путем статического изображения большого количества клеток с использованием оптическая микроскопия. Перед анализом клетки обычно окрашивают для усиления контраста или для обнаружения конкретных молекул, маркируя их флуорохромы. Традиционно ячейки просматриваются внутри гемоцитометр для ручного подсчета.

С момента введения цифровая камера, в середине 1990-х уровень автоматизации цитометров изображений неуклонно повышался. Это привело к коммерческой доступности цитометров с автоматическими изображениями, от простых счетчиков клеток до сложных высококонтентный просмотр системы.

Проточные цитометры

Основная статья: Проточной цитометрии

Из-за ранних трудностей автоматизации микроскопии проточный цитометр с середины 1950-х годов является доминирующим цитометрическим прибором.[2]Проточные цитометры работают, выравнивая отдельные клетки с использованием проточных методов. Клетки охарактеризованы оптически или с помощью электрический импеданс метод называется Принцип соултера.Для обнаружения конкретных молекул при оптических характеристиках клетки в большинстве случаев окрашивают флуорохромами того же типа, которые используются в цитометрах изображений. Проточные цитометры обычно предоставляют меньше данных, чем цитометры изображений, но имеют значительно более высокую пропускную способность.

Сортировщики ячеек

Основная статья: Проточной цитометрии

Сортировщики клеток - это проточные цитометры, способные сортировать клетки в соответствии с их характеристиками. Сортировка достигается с помощью технологии, аналогичной той, что используется в струйные принтеры.Поток жидкости разбивается на капли из-за механической вибрации. Затем капли электрически заряжаются в соответствии с характеристиками ячейки, содержащейся внутри капли. В зависимости от заряда капли в конечном итоге отклоняются электрическим полем в разные контейнеры.

Цитометры с замедленной съемкой

Ключевой характеристикой интервальных цитометров является использование в них источников света, не выделяющих тепло, таких как светодиоды.Это позволяет помещать покадровый цитометр в обычный инкубатор для клеточных культур для облегчения постоянного наблюдения за клеточными процессами без нагрева внутри инкубатора.

История

А гемоцитометр

Гемоцитометр

Основная статья: гемоцитометр

Ранняя история цитометрии тесно связана с развитием подсчета клеток крови. Карл фон Фирордт, Луи-Шарль Малассес, Карл Бюркер К концу 19 века концентрацию клеток крови можно было точно измерить с помощью камеры для подсчета клеток крови, гемоцитометр, и оптический микроскоп.[3][4]

До 1950-х годов гемоцитометр был стандартным методом подсчета клеток крови.[5]В приложениях для подсчета клеток крови гемоцитометр был заменен на электронные счетчики клеток Тем не менее, гемоцитометр все еще используется для подсчета клеток в лабораториях по культивированию клеток. Постепенно ручной подсчет с использованием микроскопа берет на себя небольшие автоматизированные цитометры с изображениями.

Флуоресцентный микроскоп

Основная статья: флуоресцентный микроскоп

В 1904 г. Мориц фон Рор и Август Кёлер в Карл Цейсс в Йене сконструировали первый ультрафиолетовый микроскоп. Цель микроскопа заключалась в том, чтобы получить более высокое оптическое разрешение за счет использования освещения с более короткой длиной волны, чем визуальный свет. Однако они столкнулись с трудностями с автофлуоресценция при наблюдении за биологическим материалом. К счастью, Келер увидел потенциал флуоресценции. Методика фильтрации возбуждающего флуоресцентного света была разработанаГенрих Леманн в Zeiss в 1910 г., на основе работыРоберт Вуд. Однако разработанный им «Люминесцензмикроскоп» был лишь вторым на рынке после того, как самостоятельно разработал Оскар Хеймштадт который работал в C Reichert, Optische Werke AG в Вене, которая сегодня является частью Leica Microsystems.[6][7][8]

Цитофотометрия

К началу 1930-х годов различные фирмы производили ультрафиолетовые флуоресцентные микроскопы. Все было готово для того, чтобы цитометрия вышла за рамки уже установленного гемоцитометра. В это время, Торбьорн Касперссон, работая в Каролинском институте в Стокгольме, разработал серию все более совершенных инструментов, названных цитофотометры. Эти инструменты сочетали в себе люминесцентный микроскоп с спектрофотометр для количественного определения клеточных нуклеиновых кислот и их связи с ростом и функцией клеток. Ранний аппарат Касперссона теперь кажется безнадежно примитивным. Но даже этот примитивный прибор получил результаты и привлек внимание других исследователей. Многие достижения в аналитической цитологии с 1940-х годов и в дальнейшем были сделаны людьми, совершившими паломничество в Стокгольм.[9]

Пульсовая цитофотометрия

Модель А Счетчик Coulter - Первый коммерческий проточный цитометр

Первые попытки автоматизировать подсчет клеток были предприняты во время Второй мировой войны. Gucker et al. строит устройство для обнаружения бактерий в аэрозолях.[10] Лагеркранц создает автоматический счетчик клеток на основе микроскопии[11] и определяет трудности выравнивания клеток для индивидуального подсчета с использованием микроскопии, как предложил Молдаван в 1934 году.[12]Джозеф и Уоллес Коултер преодолевает эти трудности, изобретая принцип использования электрического импеданса для подсчета и определения размера микроскопических частиц, взвешенных в жидкости.[5][13] Этот принцип сегодня известен как Принцип соултера и использовался в автоматическом счетчике клеток крови, выпущенном Coulter Electronics в 1954 году.Счетчик сошников »Был первым коммерческим проточным цитометром.

В 1960-е годы Диттрих, Гёде и Каменцкий улучшают дизайн, впервые примененный Касперссоном 30 лет назад. импульсный цитофотометр был построен на основе флуоресцентного микроскопа Zeiss и коммерциализирован как ICP 11 компанией Partec GmbH В 1968 году устройство Каменцкого было коммерциализировано компанией Bio / Physics Systems Inc. как Cytograph в 1970 году.[14][15]Эти устройства могли подсчитывать клетки, как и более ранний счетчик Коултера. Но что более важно, они также были способны измерять характеристики клеток. Однако эти ранние цитофотометры были основаны на микроскопии.[16]

Проточной цитометрии

Основная статья: Проточной цитометрии

В 1953 году Кросланд-Тейлор опубликовал неудачную попытку подсчета эритроцитов с помощью микроскопии, в которой он решил проблему выравнивания клеток с помощью оболочка жидкости к гидродинамический фокус клетки.[2] В конце 1960-х Ван Дилла из Лос-Аламосской национальной лаборатории построил первый цитофотометр, не основанный на микроскопии. Он сделал это, объединив прорыв Кросланда-Тейлора с флуоресцентными красителями, первоначально разработанными для микроскопии, и лазерной флуоресцентной системой обнаружения - проточным цитометром, каким мы его знаем сегодня.[17][18][19] Фулвилер также в Лос-Аламосе сочетает принцип Коултера с технология непрерывной струйной печати создать первый сортировщик клеток в 1965 году.[20]

В 1973 году Стейнкамп и команда из Лос-Аламоса продолжили работу над сортировщиком клеток на основе флуоресценции.[21]

В 1978 году на конференции Американского инженерного фонда в Пенсаколе, Флорида, название пульсовая цитофотометриябыл изменен на проточной цитометрии, термин, который быстро стал популярным.[22] К тому моменту импульсная цитофотометрия превратилась в современную форму проточной цитометрии, впервые примененную Ван Дилла десятью годами ранее.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ "Международное общество развития цитометрии". Архивировано из оригинал на 2013-03-28. Получено 2013-03-31.
  2. ^ а б Кросленд-Тейлор, П. Дж. (1953). «Устройство для подсчета мелких частиц, взвешенных в жидкости через трубку». Природа. 171 (4340): 37–38. Bibcode:1953 г., природа 171 ... 37 ° C. Дои:10.1038 / 171037b0. PMID  13025472. S2CID  4273373.
  3. ^ Версо, М. Л. (1964). «Эволюция методов подсчета крови». Med. Hist. 8 (2): 149–158. Дои:10.1017 / s0025727300029392. ЧВК  1033366. PMID  14139094.
  4. ^ Версо, М. Л. (1971). "Некоторые пионеры гематологии девятнадцатого века". Med. Hist. 15 (1): 55–67. Дои:10,1017 / с0025727300016124. ЧВК  1034115. PMID  4929622.
  5. ^ а б «История проточной цитометрии». Beckman-Coulter Inc. Получено 2013-03-31.
  6. ^ Раск, Н. (2009). «Флуоресцентный микроскоп». Вехи в световой микроскопии. Издательская группа "Природа".
  7. ^ Heimstädt O. (1911). "Das Fluoreszenzmikroskop". Z. Wiss. Микроск. 28: 330–337.
  8. ^ Рост, Ф. В. Д. (1995). Флуоресцентная микроскопия, том II. Издательство Кембриджского университета. С. 183–187.
  9. ^ Шапиро Х. (2004). «Эволюция цитометров». Цитометрия Часть А. 58A (1): 13–20. Дои:10.1002 / cyto.a.10111. PMID  14994215. S2CID  836749.
  10. ^ Gucker, F.T .; O’Konski, C.T .; Pickard, H.B .; Питтс, Дж. Н. (1947). «Фотоэлектронный счетчик коллоидных частиц». J Am Chem Soc. 69 (10): 2422–2431. Дои:10.1021 / ja01202a053. PMID  20268300.
  11. ^ Лагеркранц, К. (1948). "Фотоэлектрический подсчет отдельных микроскопических клеток растений и животных". Природа. 161 (4079): 25–26. Bibcode:1948Натура 161 ... 25л. Дои:10.1038 / 161025b0. PMID  18933853. S2CID  4132780.
  12. ^ Молдаван, А. (1934). «Фотоэлектрическая техника для подсчета микроскопических клеток». Наука. 80 (2069): 188–189. Bibcode:1934Научный .... 80..188М. Дои:10.1126 / science.80.2069.188. PMID  17817054.
  13. ^ Патент США 2656508, Колтер У. Х., "Средства для подсчета частиц, взвешенных в жидкости", выпущенный 1953-10-20 
  14. ^ «Музей потока». Partec GmbH. Получено 2013-08-24.
  15. ^ DE 1815352, Вольфганг Диттрих и Вольфганг Гёде, "Проточная камера для фотометров для измерения и подсчета частиц в дисперсионной среде" 
  16. ^ Каменцкий, Л. А .; Меламед, М. Р .; Дерман, H (1965). «Спектрофотометр: новый прибор для сверхбыстрого анализа клеток». Наука. 150 (3696): 630–1. Bibcode:1965Научный ... 150..630K. Дои:10.1126 / science.150.3696.630. PMID  5837105. S2CID  34776930.
  17. ^ Van Dilla, M.A .; Трухильо, Т. Т .; Mullaney, P. F .; Коултер, Дж. Р. (1969). «Микрофлуориметрия клеток: метод быстрого измерения флуоресценции». Наука. 163 (3872): 1213–1214. Bibcode:1969Sci ... 163.1213V. Дои:10.1126 / science.163.3872.1213. PMID  5812751. S2CID  13190489.
  18. ^ "Цитометрия Том 10 - Лос-Аламос". Лаборатории цитометрии Университета Пердью. Получено 2013-08-24.
  19. ^ Робинсон, Дж. П. (2009). «Цитометрия - окончательная история первых дней». In Sack, U .; Tárnok, A .; Роте, Г. (ред.). Сотовая диагностика. Основы, методы и клиническое применение Flow. Каргер. С. 1–28.
  20. ^ Фулвайлер, М. Дж. (1965). «Электронное разделение биологических клеток по объему». Наука. 150 (698): 910–911. Bibcode:1965Научный ... 150..910F. Дои:10.1126 / science.150.3698.910. PMID  5891056. S2CID  459342.
  21. ^ Steinkamp, ​​J. A .; Fulwyler, M. J .; Coulter, J. R .; Hiebert, R.D .; Хорни, Дж. Л .; Мулланси, П. Ф. (1973). «Новый многопараметрический сепаратор для микроскопических частиц и биологических клеток». Обзор научных инструментов. 44 (9): 1301–1310. Bibcode:1973RScI ... 44.1301S. Дои:10.1063/1.1686375. PMID  4279087.
  22. ^ «Музей Partec Flow». Partec GmbH. Получено 2013-08-25.

внешние ссылки