質譜流式細胞技術匯總：單細胞，技術限制，分析方法等

生命科學中的技術往往會朝著兩個方向發展，其一就是增加細胞特征分析數量，用以同時分析細胞的不同特點，其二就是增加分析的分辨率，從而提高觀測精確水平。近幾十年里，流式細胞技術的發展滿足了這兩個要求，精確分析單個細胞的多種特征，幫助科學家們了解復雜或多級細胞系統中的分子機理。

近期研究人員將流式細胞技術與質譜分析技術結合在一起，發展出了質譜流式細胞技術（mass cytometry），這種融合技術能在單細胞水平上同時分析超過40種細胞參數，極大的增加了流式細胞分析評估復雜細胞系統和過程的能力。

簡介

跨領域的生物學研究揭示了細胞系統的復雜性，指出同質群體中的個體細胞也具有各自獨特的特征。因此，越來越多的研究朝著以單細胞分辨率定量分析細胞特征的方向發展。雖然這種單細胞思維是近期越來越普遍，但實際上它的發展已經有了一個漫長的歷史：利用顯微鏡鑒別單細胞組織和行為特征的研究可以追溯到幾個世紀之前。目前分析包含本質不同細胞的細胞網絡（例如存在于免疫系統內的細胞網絡），近幾十年來主要依賴于高通量單細胞分析平臺，比如流式細胞技術，這為單細胞研究鋪平了道路。

同時，科學家們也開始尋找可以同時分析或量化多個方面細胞過程的方法，“-omics”技術時代來臨。這些方法的目的是捕獲生物樣品中細胞行為特殊水平，如基因組，轉錄組，蛋白質組，代謝組學等的大量信息，因此需要多種新方法整合生物研究計算和統計工具。

雖然上文中所說的兩個目標：分辨率和參數化刺激了相關技術的發展，但是直到近期各個領域的工具才日趨成熟，相關之間的差距減小。單細胞基因組學，轉錄組學，蛋白質組學，功能測定和成像等領域的技術發展都為鑒別細胞身份和功能提供了重要幫助。這篇文章將具體介紹其中的一種：質譜流式細胞技術，包括這種技術目前的現狀，相關的儀器，主要涉及的應用范圍，以及數據分析方法，和未來的發展前景。

單細胞分辨率與高參數化

當研究人員考慮如何解決生物學問題時，經常面臨一個困境：是應該（1）在廣泛的網絡中獲取特定細胞行為盡可能多的信息呢？還是（2）采取高針對性的方法，對有限數量的細胞特征進行分析，獲得更高的分辨率呢？

現在我們有了更多的選擇，可以對整個基因組或轉錄組進行常規測序，并利用微流體學的技術進展進行多達數千個細胞中的單細胞轉錄組研究，現代成像技術也能跟蹤細胞中的單個分子，或者活體中的單個細胞。

單細胞水平分辨率的質譜分析技術，能同時分析超過40個的參數，從而能對實驗樣品檢測數百萬個細胞。這種規模的高通量對于復雜細胞樣品的分析來說是十分必要的，否則一些具有重要生物學功能的稀有細胞群體將會被遺漏。例如2011年的一項研究指出年輕人骨髓中靜息造血干細胞只占25,000個單核細胞分之一，而且這種亞集具有獨特的生物活性。

2014年哥倫比亞大學的研究人員還利用當時稱為質譜細胞分析（mass cytology）的技術在單次實驗中同時檢測了數百萬個細胞中的44個分子標記物。在每個細胞中他們都鑒別了有助于確定細胞類型的一些細胞表面標記物，以及能夠揭示細胞功能的一些標記物，包括信號傳遞、細胞周期、凋亡和基因組重排的一些標記物。他們還在1萬個細胞其中的7個細胞中鑒別出了與STAT5信號蛋白相關的、從前未知的一些信號事件。

再近一些時間的就是題為“Highly multiplexed simultaneous detection of RNAs and proteins in single cells”的文章，通過質譜細胞分析方法證實可以同時檢測多個mRNA轉錄物。

總而言之，這個平臺為生物科學研究開辟了多個新的可能性，提供了能夠在數百萬個單細胞中同時捕獲不同方面細胞行為的新工具。