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史上最之流式细胞仪

2018-12-13 15:48| 编辑: 面气灵| 查看: 6316| 评论: 0|来源: 陈在不在

摘要: 1968年,Partec公司推出ICP 11,揭开流式细胞仪销售大幕,今年正是商品流式细胞仪五十华诞。笔者回顾流式细胞仪商品化历史,以点带面,选择十款最具代表性产品,是为纪念。(一)FACS-1(BD,1974) RCS(IB ...

1968年,Partec公司推出ICP 11,揭开流式细胞仪销售大幕,今年正是商品流式细胞仪五十华诞。

笔者回顾流式细胞仪商品化历史,以点带面,选择十款最具代表性产品,是为纪念。


(一)FACS-1(BD,1974)

           

           RCS(IBM’s Watson 实验室,1965)  


ICP 11(Partec公司,1968,销售品牌为Phywe公司


FACS-1 和Herzenberg(1974)


商品流式细胞仪的诞生来自于欧美四个实验室及以其为技术源流的公司。Kamentsky被看做是搭建流式细胞仪的第一人。

分选型流式细胞仪则由Fulwyler奠基。

1968年,全球第一款商品化流式细胞仪ICP 11由Partec公司推出,开始时由Phywe公司销售。

Herzenberg和BD公司虽然不是最先开启流式细胞仪研发和商品化,但却集前人之大成,BD公司最早的型号FACS-1具备了现代流式细胞仪鞘液系统、激光光源、荧光抗体、液滴分选等核心特征,是以作为第一款纪念。



哥伦比亚大学

IBM’s Watson

实验室

美国

Los Alamos

实验室

德国

DittrichGöhde

斯坦福大学


Bio/Physics  

Systems公司

Coulter公司

Partec公司

BD公司

1965

Kamentsky搭建了两台样机用于白细胞分类研究,取名RCSRCS及其改良版基于显微分光光度术,分析细胞的散射和核酸的紫外吸收。

Fulwyler最先报道了细胞分选仪,液滴喷射后施静电加以偏转,将其用于Coulter装置实现了细胞按体积大小进行分选。



1968



基于DittrichGöhde的专利 ,由Göhde创始的Partec公司推出ICP。该仪器采用卤素光源激发荧光,荧光显微镜分析。


1969


Van Dilla等采用激光和鞘液流动室,研究DNA倍体与荧光强度之间的线性关系。

Mullaney 等发现小角度散射与粒子体积的关系。


利用从Kamentsky那借来的RCSHerzenberg等首次发表了利用荧光染色技术对细胞进行分选的方法。

1970

Kamemtsky成立

Bio/Physics Systems,推出商品仪器CytografCytoflurograf,后者具备荧光测试功能。




1972




Herzenberg等采用氩离子激光,荧光抗体,液流离开喷嘴后液滴形成前即得到充电信号。

1974




BD公司在斯坦福大学研究基础上生产商品化仪器:FACS-1。

1975


Los Alamos实验室研究被Coulter公司商品化,型号为TPS-1






(二)PA (Partec,1995)


PA(Partec公司,1995


Partec公司虽然贡献了全球第一台商品流式细胞仪,但其表现正如国内一本流式书的评价:“Partec公司是德国学者Göhde自己的公司,由于该人热衷于仪器的研究,特别是对提高仪器的分辨率感兴趣,对经营销售似乎不太在意,因而名气很大,但真正在世界流式细胞计中占有的份额不多。”(宋平根,1996)。2013年Partec被Sysmex公司收购,这一境况似乎也没有得到明显改变。

倒是在染色体倍性分析方面,Partec公司一直独占鳌头,不管是专用机型PA或CyFlow Polody Analyser,还是通用机型,无愧于植物和染色体分析领域第一选择。仪器采用紫外灯或532nm激光,高精度石英流动池,对大多数植物而言,精度可以达到+1条染色体。

第二款推荐,关键词"专业化“。类似的还有:车载式流式细胞仪(Partec公司);水体微型生物分析(CytoBuoy公司);微颗粒分析流式细胞仪(Apogee Flow systems公司)等。




(三)FACSCalibur(BD,1995

     


FACSCalibur(BD公司,1995


问:全球流式细胞仪哪个型号销售量最大?

答:单以型号来统计数量,BD公司的FACSCalibur是绝对当之无愧的的No.1。

排除从1995年销售至今二十余年这一因素,仪器稳定性好是销量领先的主要原因,极佳的用户体验和口碑几乎让人忽略:配套苹果电脑都已停产多年。

仪器至今没有下架,可能是因为BD公司一直没有研发和生产出足以取代的临床同档机型。

需要提醒当下买家的是,该机型的机械分选应该算是败笔,几无成功应用不说,BD公司和其它公司的后续分选产品均不沿用这一设计,保存在配件系列里纯粹是为了排它和拉高售价......




(四)Cytomics FC 500(Beckman Coulter,2002 )


Cytomics FC 500(Beckman Coulter,2002 )


十余年前,追求多荧光参数,选择多激光还是单激光多色还是可以上“流式奇葩说”辩赛的议题。所谓“天下熙熙皆为利来,天下攘攘皆为利往”,有多少当时的争辩观念是基于事实还是“屁股决定脑袋”到如今才算明白。Beckman Coulter公司的FC 500以单激光五色和数字化设计逆风而上,其荧光通道设置和20比特数码处理系统也逐渐得到更多认同,甚至包括对手。不过,同家公司的Gallios/

Navios甚少突破,只能算是勉强升级之作。




(五)MoFlo XDP(Beckman Coulter,2007 )



MoFlo XDP(Beckman Coulter,2007 )


分选流式的三个关键时刻:美国Los Alamos实验室Fulwyler被认为是“液滴分选之父”;BD FACSAria正如其多定语广告词:世界上第一台使用石英杯流动池固定校准的台式分选流式细胞仪;美国Lawrence Livermore实验室(LLNL)Joe Gray,Ger van den Engh等则打开了高速流式分选之门。

1994年,基于LLNL技术,Cytomation公司推出一款名为MoFlo(意为模块式流式)的商业版本。Cytomation被Beckman Couter收购前后推出MoFlo XDP。Ger van den Engh其后成立的Cytopeia公司推出InFlux则被BD公司收购。(Beckman Coulter公司后期推出的MoFlo Astrios EQ版本,个人感觉,怎么说,华为手机越来越像iPhone?)

秉承模块化开放设计的MoFlo XDP,允许各个功能单元:激光、喷嘴、上样器以最多的选择适应不同的应用需要;以服务器为数据平台让信号采集频率、信号精度、数据储存容量都让竞争者难以企及;液流压力、振荡频率的最高范围使得液滴分选各项指标趋于极致。一句话:没有做不到,只有想不到。




(六)BriCyte E6(迈瑞,2014)


BriCyte E6(迈瑞,2014)


MIC(Made in China)流式细胞仪从2013年开始陆续上市。仪器设计大多追求简单易用,所谓固态激光、体积法绝对计数、自动清洗、内部质控等几成标配,乍看广告有些难分彼此。因此,另辟蹊径不仅体现创新能力,而且彰显战略智慧。

科研市场品牌依赖度高,应用五花八门,国产仪器因不能享受进口产品的免税关照而难以凸显价格优势(除非出口转内销伪装进口)。临床诊断市场则必须解决两个问题,诊断试剂才是王道,以及以检验产品的思路来开发仪器。

深圳迈瑞作为中国最大的医疗器械公司,聚焦诊断市场,其BriCyte E6针对淋巴细胞亚群分群等临床常规分析,可以实现检验仪器常有的一键得结果,免去繁复的电压和补偿调整,其LIS的双向通信,数据管理都非常符合临床诊断的期望。可以说,BriCyte E6是流式向诊断型发展迈出的一大步。同一公司还开发出包括样本前处理系统的高通量全自动模型机,可惜在商品化之前被老牌血球生产厂商Sysmex 捷足先登。


XF-1600 流式细胞仪& PS-10样本前处理系统(Sysmex,2018)


MIC流式细胞仪生产商主要有:苏州赛景(2014年被Beckman Coulter收购)、深圳迈瑞、杭州艾森(2018年被Agilent不可思议地收购,许是看中其RTCA细胞实时分析系统?)、成都博奥、常州必达科,2018年推出的广州竞天PanaCyte、深圳唯公EasyCell为MIC注入新鲜血液,未来值得期待。


Panacyte(竞天,2018)



EasyCell(唯公,2018)




(七)CytoFLEX(Beckman Coulter ,2014)



CytoFLEX(Beckman Coulter ,2014)


苏州赛景是国内最早生产流式细胞仪的制造商,其被Beckman Coulter收购后于2014年推出CytoFlex,不仅使MIC流式在技术上达到一个未曾到过的高度,即使放眼全球,用“革命性”来形容CytoFLEX在个人化小型流式细胞仪的创新设计也不为夸张。

仪器采用光电转化效率极高的雪崩光电二极管(APD)取代了司空见惯的光电倍增管(PMT);紧凑型光路设计,物镜和流动室一体化整合,减少光信号传输损耗。仪器的另一特点是稳定性好,甚至可以做到无需工程师安装;全自动仪器调节,图形化操作界面,电压和补偿调节拖拽式操作等等,给使用者带来全新的操作体验。

说到个人化小型流式细胞仪市场,这绝对是流式细胞仪发展的一个主要方向。由BD公司收购的Accuri C6打开局面,CytoFlex收割果实,其它如微毛细管流式Guava easyCyte(Millopore公司,后被Merck收购,2018年Merck流式业务出售给Luminex公司)、声波聚焦流式Attune NxT(Thermo Fisher公司)、Miltenyi公司Quant,以及BD、Symex等公司各自占有一块市场份额。

个人化易用型分选流式细胞仪方面,尽管新产品推出如火如荼,但公认方便易操作、价格能普及的产品似乎尚未出现。如BD公司的FACSJazz由Influx简配而来,操作依然繁琐,是一次失败的试水。Biorad分选仪S3,价格够低,因为完成度欠佳及渠道乏力,国内未能铺开。有希望点燃个人化分选仪市场的产品可能来自索尼公司(2010年收购iCyt Mission Technology),2012年推出索尼自主研发的流式细胞分选仪SH800,自动化程度和人性化操作界面引起点赞无数,但在荧光通道和分选路数上的劣势使其难服中国水土。




(八)Helios(Fludigm,2015)


2018年诺奖获得者James P.Allison和Helios(Fludigm,2015)


同时分析更多参数,质谱流式技术(mass cytometry)揭示另一种未来。这个名为CyTOF的平台最初由DVS Sciences公司开发,后被Fluidigm公司收购。仪器采用同位素标记抗体来标记或识别细胞表面和内部的信号分子,并根据流式细胞原理分离单个细胞,再用感应耦合等离子质谱(ICP-MS)观察单个细胞的原子质量谱,最后将原子质量谱的数据转换为细胞表面和内部的信号分子数据。2015年推出的Helios的检测通道达到135个,几乎没有信号重叠或背景噪音。




(九)FACSymphony(BD,2016)




BD多角形光路设计


FACS(Fluorescence activated cell sorter)一度是流式代名词,BD公司至今仍是一直未被超越的行业老大。光学设计是BD核心技术,如同音符之精准,如同BD之品名:

FACSAria:Aria 咏叹调

FACSCanto:Canto 合唱乐中旋律最高的部分 

FACSCelesta:Celesta 钢片琴

FACSJazz:Jazz 爵士乐

FACSLyric:Lyric 抒情诗

FACSMelody:Melody 美妙的音乐

FACSymphony:Symphony 交响乐

多角形光路,光导纤维,光胶耦合,这一切在50参数分析的FACSymphony达到高峰。




(十)Aurora(Cytek,2017)


 Aurora(Cytek,2017)


Cytek公司成立于20世纪90年代,起先以对BD品牌流式细胞仪提供定制和售后服务而著名。来自BD公司的一起诉讼,使Cytek聘用多名BD前雇员,特别包括核心项目关键科学家和工程师的故事路人皆知。

Cytek于2017年3月开始以Athena(雅典娜)商标销售自己的产品,市场未见波澜。2017年6月推出Aurora(北极光)光谱流式细胞仪(2018年9月,北极光创投等领投C轮),市场仅留余念,荧光分析型流式到此程度,需要多少年?由谁来超越?

光谱型流式Aurora,可以检测荧光染料从400nm到900nm的全部发射光谱,包括48个荧光通道,目前可以实现超过20色组合。延于BD研发班底,最引以为傲的光电技术(诉讼使我们了解BD公司有所谓牛津项目,结果如何?拭目以待),保证高灵敏度和高分辨率,轻松区别发射光谱重合度高的荧光染料对。

手敲键盘至此,说一些关于产品开发的体外话。项目组开发时总是收集竞争产品尽可能多的信息,抓其痛点,力图点点超越,诸不知对手也在发展,与你相同目标的后入者也万变不离同一思路。这正是笔者对一味追求加一个激光,多几色荧光,来个体积法绝对计数者等等小打小闹不予佳评的原因。可悲莫过于初心渐渐成,世界已不同。




部分图片来自网络

部分文字来自于厂家说明书及知乎等论坛

部分观念来自于同行与同好,书录于此,表示赞同

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