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230 人阅读发布时间:2025-09-04 15:31
免疫激活和细胞通讯等重要的生理学过程是由一系列分泌蛋白、胞外囊泡和可溶性分子调节的。长期以来,这种细胞外环境的检测方法局限于ELISA,xMAP®流式微球阵列和其他方法,这些方法只能检测混合细胞的分泌产物,无法确定细胞分泌产物究竟是由哪类细胞产生的。而现在,结合Nanovials和Amnis成像流式细胞术,可轻松实现单细胞层面的双重解析:同步获取单个特定细胞的生物学特征及其分泌物
Nanovials是一种含有空腔的微型水凝胶颗粒,通常,其腔体尺寸正好可容纳一个细胞,其内表面可以使用不同的生物分子进行修饰。当装载单个细胞时,颗粒可以捕获细胞的分泌物或释放的分子。(图1)

图1:Nanovials单细胞分析工作流程概览
Cytek Mk II成像流式技术既可高通量地分析结合了细胞及其分泌物的Nanovials颗粒,同时还可借助其强大的多色成像功能和分析软件,对Nanovials颗粒进行成像,直观了解细胞及其分泌产物和Nanovials颗粒的结合情况,并且使用mask技术,可单独对细胞及其分泌产物进行分析。在下述的实验中,详细展示了使用这两项技术对细胞分泌产物进行检测的多项应用。
实验方法和原理
通过系列步骤,获得捕获了细胞及其分泌物的Nanovials悬液,并采用Cytek® Amnis® ImageStream®X Mk II成像流式细胞仪进行检测。在实验过程中,根据实验目的也可以额外增加细胞表面标记物、细胞核和/或细胞活力的染色。
实验分析
借助IDEAS®软件中的mask技术,可在单细胞层面同步检测表面标志物与分泌物信号,并实现清晰区分。这种关联性分析使研究者能精准建立细胞特性与分泌功能的对应关系,例如:I. 识别B细胞亚群分泌的IgG抗体(图2),II. 区分膜结合型与分泌型TNF-α(图3),III. 量化间充质干细胞产生的胞外囊泡EVs(图4)。基于图像的分析还允许对单个细胞进行门控,从而产生更高质量的数据。
I. 识别B细胞亚群分泌的IgG抗体
图2A展示了流式检测捕获B细胞及其分泌物的Nanovials颗粒的散点图,未设门的蓝色群体是未装载细胞的Nanovials,紫色群体则为装载了CD38阳性并且IgG分泌较低细胞的Nanovials,绿色群体则是装载了CD38阳性且IgG分泌较高细胞的Nanovials(图2A)。Amnis®成像流式系统捕获的CD38细胞群体图像如图2B所示。Nanovials捕获的IgG强度使用蓝色复合Mask计算(采用明场Mask,排除CD38 Mask),从细胞外IgG强度中扣除细胞表面的IgG成分,检测该图像内的IgG总强度(图2C)。

图2:捕获B细胞和其分泌物的Nanovials颗粒
II. 区分膜结合型与分泌型TNF-α
TNF-α是一种参与免疫细胞通讯和激活的促炎细胞因子,可由巨噬细胞或T淋巴细胞等细胞分泌。TNF-α最初是作为跨膜蛋白(mTNF-α)产生的,它可以被金属蛋白酶酶解从而释放可溶性TNF-α(sTNF-α)。这两种形式的TNF-α可具有不同的生物活性,但很难在单个细胞中检测和区分这两种TNF-α。胞内细胞因子染色无法区分mTNF和sTNF,其他使用细胞因子捕获试剂的方法也不能区分这两种形式的TNF-α。
通过将活化T细胞装载到含有抗TNF-α捕获抗体的Nanovials上,可以对已释放并结合在Nanovials腔内的TNF-α进行检测(见图3A-B)。使用mask工具,可以对细胞结合型(mTNF-α)和Nanovials结合型(sTNF-α)这两种形式分别进行染色,并在单细胞群体水平进行定量分析。因此,该方法可探索TNF-α的不同形式尚未被完全发现的作用,并揭示它与驱动免疫细胞功能的其他关键细胞因子的组合形式。
将T细胞装入包含有TNF-α捕获抗体的Nanovials中,用可溶性因子激活,诱导TNF-α的分泌。用钙黄素AM标记样品以鉴定T细胞,用anti-TNF-α APC标记鉴定可溶性TNF-α。在图3A中,24%的装有T细胞的Nanovials中显示存在可溶性TNF-α。图3B为捕获了活化的T细胞和TNF-α的Nanovials图像,图3C为未活化的T细胞(无TNF-α)的Nanovials图像。

图3:将T细胞装载入Nanovials中,诱导TNF-α的分泌后,进行检测
III. 检测细胞分泌的细胞外囊泡
利用Nanovia技术,可检测单个细胞分泌的细胞外囊泡,避免了传统批量分析中细胞异质性的干扰。将细胞植入Nanovials中,诱导其产生细胞外囊泡。样品用绿色细胞标记物和红色荧光抗体对EV表面蛋白进行染色,利用图2C所示的复合Mask检测捕获的EV强度。图4B显示了Nanovials捕获的高EV分泌的细胞,图4C则为Nanovials捕获的低EV分泌的细胞。

图4:检测Nanovials中细胞分泌的细胞外囊泡
Conclusion
结论
创新性的Nanovials技术,遇上Amnis®成像流式细胞仪的高通量分析优势、高分辨率成像能力与功能强大的软件分析系统,两种技术的联合已在多种细胞类型及应用场景中的细胞分泌功能检测领域实现突破性进展。前沿技术的强强联合,正为科研界注入全新动能—未来,更多深藏于细胞功能中的科学奥秘将被揭开,更多改变行业的重大发现值得期待!