质谱流式细胞技术之新手入门手册（一）

质谱流式细胞技术（mass cytometry）的基本原理，基本流程和局限性是什么呢？

　　

生物通报道：研究人员将流式细胞技术与质谱分析技术结合在一起，发展出了质谱流式细胞技术（mass cytometry），这种融合技术能在单细胞水平上同时分析超过40种细胞参数，极大的增加了流式细胞分析评估复杂细胞系统和过程的能力。5月5日Cell杂志发表“Mass Cytometry: Single Cells, Many Features”综述，介绍了质谱流式细胞技术目前的现状，相关的仪器，主要涉及的应用范围，以及数据分析方法，和未来的发展前景。

基本原理：

质谱流式细胞技术的核心当然就是两种实验平台的融合了：流式细胞技术与质谱技术。目前质谱流式细胞技术采用的仪器是CyTOF（Cytometry by Time-Of-Flight），其原理简单来说是利用质谱原理对单细胞进行多参数检测的流式技术，既继承了传统流式细胞仪的高速分析的特点，又具有质谱检测的高分辨能力。

传统流式细胞技术和质谱流式细胞技术相比，主要有两点不同：第一、标签系统的不同，前者主要使用各种荧光基团作为抗体的标签，后者则使用各种金属元素作为标签；第二、检测系统的不同，前者使用激光器和光电倍增管作为检测手段，而后者使用ICP质谱技术作为检测手段。

此后的CyTOF2也有改进，比如ICP质谱装置具有非常宽的原子量检测范围（88～210Da），因此可以同时检测上百个不同的参数；采用新概念的金属标签抗体，金属离子通过多聚螯和物共价的结合在抗体的不变区。由于细胞本身不含这些作为标签的金属元素，所以没有传统流式的“自发荧光”，信号背景极低。（质谱流式技术——蛋白水平的单细胞技术）

在质谱流式细胞实验进行过程中，首先要将目标细胞放在亲和试剂混合物(最常见的是抗体)中温育，这些亲和试剂之前是通过螯合基团聚合物链共轭连接上纯化过的稳定重金属同位素。这些探针绑在细胞中靶标上，可以作为靶标表达水平的报告因子，然后细胞进入单细胞悬浮培养雾化，也就是让细胞进入液滴，从而导入到质谱流式细胞仪中。

进入到质谱流式细胞仪中后，细胞会穿过一个氩等离子体，在那里，共价键会断裂，产生自由原子，并完成电离过程。这样得到的离子再穿过一个四极杆，去除常见的生物元素，富集重金属报告离子，在飞行时间质谱仪中根据质荷比进行分离。离子计数再转换为电信号，最终变成一组数据，用于之后的分析。

局限性

虽然通过质谱流式细胞技术可以同时分析许多的细胞过程，但这种技术平台也存在一些局限性，在设计实验的时候要考虑到。

由于细胞需要雾化和电离，因此分析后是无法恢复其细胞活性的，而且由于质谱仪中离子飞行动力学，质谱流式细胞仪的通量要低于荧光分析仪器，同时质谱报告因子的敏感度也会下降，量子荧光团（如phycoerythrin）越多，就越难以检测低水平表达的分子特征。

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原文摘要：

Mass Cytometry: Single Cells, Many Features

Technology development in biological research often aims to either increase the number of cellular features that can be surveyed simultaneously or enhance the resolution at which such observations are possible. For decades, flow cytometry has balanced these goals to fill a critical need by enabling the measurement of multiple features in single cells, commonly to examine complex or hierarchical cellular systems. Recently, a format for flow cytometry has been developed that leverages the precision of mass spectrometry. This fusion of the two technologies, termed mass cytometry, provides measurement of over 40 simultaneous cellular parameters at single-cell resolution, significantly augmenting the ability of cytometry to evaluate complex cellular systems and processes. In this Primer, we review the current state of mass cytometry, providing an overview of the instrumentation, its present capabilities, and methods of data analysis, as well as thoughts on future developments and applications.