Acoustic focusing 및 고속 카메라를 통해 풍부한 데이터 상세정보 획득

광범위한 애플리케이션 샘플 데이터는 acoustic-assisted hydrodynamic focusing 기술을 통해 연구자들이 이전보다 더 빠르고 정확하게 large clumpy 세포나 낮은 세포 농도를 가진 시료 등 더 많은 시료 유형을 처리할 수 있는 방법을 보여줍니다. Attune CytPix 유세포분석기고속 카메라는 이미징의 세포 형태 데이터와 크기, 정밀도 및 유세포분석의 복합 단백질 발현 데이터를 결합하는 다양한 새로운 애플리케이션을 제공합니다.


유세포분석기 분석의 기본 사항: 시료 품질 및 세포 건강

이미지 데이터로 Doublet 판별

거의 대부분의 유세포분석에서 견고한 수동 Singlet 게이팅도 오류가 발생하기 쉽고 주관적인 판단에 의존하고 있습니다. 이미징을 관심 있는 단일 세포만 포함하도록 게이트를 확인하고 조정하는데 사용할 수 있습니다.

 

여기에서는 숙련된 사용자가 Singlet을 확실하게 게이팅했습니다. CytPix 기기 이미지에서 파생된 파라미터를 사용하여 Singlet 게이트를 평가한 결과, 이 게이트에 >4%의 Aggregate가 포함되어 있음을 확인할 수 있습니다.

 

가장 중요한 점은 해당 이벤트에는 분명히 그 밖의 표현형의 세포가 포함되어 있을 것이므로, 이중 양성 이벤트와 관련하여 잘못된 결론을 내렸을 가능성을 배제할 수 없다는 것입니다(특히 rare한 집단의 경우).

염화암모늄 용해(lysis) 버퍼로 용해된 숙성된 인간 전혈(AllCells) Cells_Half_Resolution_v22 모델을 사용하여 이미지를 처리했습니다. 표시된 통계값은 %게이팅입니다.

Clumpy CEN 세포

이미징을 관심 있는 단일 세포만 포함하도록 게이트를 확인하고 조정하는데 사용할 수 있습니다. Chicken erythrocyte nuclei(CEN) 세포는 달라붙는 성질을 갖고 있는 것으로 알려져 있으며, Doublet 또는 다른 Aggregates로 덩어리를 형성하는 경향이 있습니다. 연구자들은 종종 연속 피크가 이벤트 내 세포 수와 일치하는 propidium iodide(PI) 분석을 사용하여 이러한 Aggregates를 식별합니다. 그러나 이미징 결과, 다음 수준의 Aggregates가 이전 피크의 right shoulder에서 나타나기 시작하는 것으로 밝혀졌습니다. 예를 들어, 피크 I의 right shoulder(singlet만 포함한다고 가정함)에는 다수의 Doublet이 포함되어 있습니다. 게이트를 조이면 원치않는 Doublet을 제거하고 다음 게이트로 적절히 이동할 수 있습니다.

끈적끈적한 CEN 세포를 위한 정확한 게이팅

CEN 세포는 제조업체 지침(BD)에 따라 PI로 염색되었고 100 µL/min로 Attune CytPix 유체분석기에서 수집되었습니다. PI 히스토그램에서 게이트는 원래 각 피크의 양 측면에 어깨(shoulder)를 포함하도록 그려졌으며(CEN gating strategy 1, 상단 중심), 게이트 I에 단일 세포(singlet), 게이트 II Doublet 등이 포함될 것으로 예상했습니다. 그러나, 게이트 I 내에서 Doublet 이미지가 캡처되었습니다(왼쪽). 각 피크에 대해 오른쪽 어깨(shoulder)를 제외하기 위해 게이트 경계를 왼쪽으로 이동하여(CEN gating strategy 2, 오른쪽) 올바른 게이트 내에서 Singlet와 Aggregates를 모두 효과적으로 분류했습니다.

세포 배양 QC

품질 관리(QC) 워크플로우에 신속한 이미징 기능을 추가하면 프로세스 초기에 세포 배양 문제를 검출하고 확인할 수 있습니다. 한 실험실에서 Ramos(림프종) 세포 배양에 대한 일상적인 계대 검사는 융합으로 보이지만 세포 수와 생존율이 감소하는 것을 관찰하였습니다. 추가 조사를 통해 상당한 미생물 오염으로 밝혀졌는데, 언제 어디서 이러한 오염이 시작되었을까요?

 

이전에 세포주를 Attune CytPix 유세포분석기에서 분석했기 때문에 연구원들은 다시 이미지로 돌아가 최소 5일 전에 미생물 감염을 문서화할 수 있었습니다. 당시, 초기 징후는 Debris로 분석되었지만 후향적 평가는 배양물 중 문제가 있는 세포와 공통된 특징을 보였습니다. 감염을 추적함으로써 실험실에서 검사상 중요한 세포주의 스크리닝 및 보호를 위한 추가적인 실험실 절차를 정립하는 데 도움이 되었습니다.

Ramos 세포 배양의 오염

배양 중인 Ramos(림프종) 세포는 융합된 것으로 보이지만, 일상적인 계대 품질 검사 중에 세포 수와 생존율이 감소하는 것으로 나타났습니다. 추가 평가 결과, Attune CytPix 유세포분석기(A,B)에서의 이미징과 백게이팅으로 미생물 오염이 확인되었습니다. 이 오염의 초기 징후(C)는 처음에는 Debris로 무시되었습니다.

이미징을 사용하여 향상된 Apoptosis 분석

이미지로부터 얻은 형태학적 정보를 통해 Apoptosis 분석의 다양함을 더할 수 있습니다. Annexin V 및 propidium iodide(PI)를 사용한 Apoptosis 실험은 각 집단에서 세포의 특징을 분석하기 위해 세포 이미징을 추가하여 형태학적으로 뚜렷한 특징을 보여줍니다. 이러한 통찰은 유세포분석 데이터만으로는 얻을 수 없었을 것입니다.

Apoptotic cell의 형태학적 특성

Apoptosis를 유도하기 위해 37ºC에서 4시간 동안 Jurkat 세포를 10 µM 캄토테신(camptothecin)으로 인큐베이션하였습니다. 시료는 Annexin V 및 PI로 염색되었고 100 µL/min로 Attune CytPix 유세포분석기에서 수집되었습니다. 단일 세포 집단에서 게이팅 전략은 3개의 세포 하위집단을 식별했습니다. 약 50%의 apoptotic live cells(Annexin V+PI, 오른쪽 하단)는 소기포(bleb)와 같은 일부 형태의 apoptotic body를 나타냈습니다. 약 25%의 apoptotic dead cells(Annexin V+PI+, 오른쪽 위)는 Granularity가 증가했으며 더 많은 Partial cells가 관찰되었습니다. 약 10%의 건강한 세포(Annexin V, 왼쪽 하단)는 apoptotic body를 나타내었습니다 (Annexin V+ 세포에서 관찰된 것처럼 심각하지는 않음). 이러한 건강한 세포도 형태학적으로 다양했으며 업스트림 단일 세포 게이팅에도 불구하고 몇몇 Doublet이 포함되었습니다. 이미지에서 형태학적 특징은 검은색 화살표로 표시하였습니다.

 

면역학 및 면역 종양학

유세포분석은 짧은 시간에 수천 개에서 수백만 개의 세포를 다중 파라미터로 분석할 수 있기 때문에 복잡한 세포군 내에서 세포를 식별하기 위해 가장 많이 선택하는 방법입니다. Attune 유세포분석기의 강력한 신호 분리는 면역표현형 분석에 필요한 세포집단의 하위세트로의 탁월한 분해능을 보여줍니다. 시스템의 자동 compensation 모듈, 4개의 공간적으로 분리된 레이저 및 14 컬러 선택 사항은 다양한 시약 선택 뿐 아니라 멀티컬러(multicolor) 패널 설계를 간소화하는 데 도움이 됩니다.

 

용해된 human whole blood의 13-파라미터 면역 표현형 분석

아래 데이터는 Attune NxT 유세포분석기에서 염색/용해 프로토콜을 사용하여, 염색한 human whole blood에 대한 13-color immunophenotyping 분석에 대해 설명합니다. Lymphocyte, monocyte, granulocyte 집단은 forward scatter(FSC) 및 side scatter(SSC)으로 구분되었으며, 여러 면역학적 집단에서 특이적인 표면 항원에 대한 형광 항체를 사용하여 monocyte, T세포, B세포 및 NK 집단을 식별하였습니다.

염색/용해 프로토콜을 사용한, 염색된 human whole blood 내 13-color immunophenotyping 분석에 대한 게이팅 전략

human whole blood 세포는 애플리케이션 노트에 기술된 대로 염색되었으며 Attune NxT 유세포분석기에서 획득 및 분석되었습니다. (A) 점 플롯에서 살아있는(propidium iodide-) 세포에서 게이팅하여 분석 대상에서 죽은 세포를 제외시켰습니다. (B) CD45+ 게이팅이 용해된 whole blood에서 백혈구 집단을 선택하는 데 사용되었습니다. (C) forward 및 side scatter 프로파일을 바탕으로 Lymphocytes와 monocytes가 식별되었습니다. (D) Monocytes는 scatter 플롯의 lymphocytes 위에서 발견되며 CD14와 CD33을 모두 발현합니다. (F) lymphocytes 게이트 내에서 CD3(T 세포), CD19(B 세포) 또는 (NK 세포)의 발현을 기반으로 면역 세포를 분리할 수 있습니다. (E) B세포는 HLA-DR 및 CD45RA 발현을 통해 추가로 특성화될 수 있습니다. (G) T 세포는 CD4+(T 헬퍼 세포) 및 CD8+(세포독성 T 세포) 하위집단으로 더 하위분할될 수 있으며, (J) 조절 T 세포는 CD4 및 CD25를 발현합니다. (H, K) CD62L은 naive (TN) CD4 및 CD8 T 세포를 식별하는 반면, HLA-DR은 활성화된 T 세포(TA)에 의해 발현됩니다. (I) 마지막으로, NK 세포는 B 세포 및 T 세포 마커(CD19–CD3–)가 부족하고 CD56을 발현합니다.

자세한 내용을 보려면 애플리케이션 노트를 다운로드하십시오.

이미징 기능이 향상된 면역표현형분석

세포 이미징은 면역표현형분석 실험을 개선하고 새로운 사용자를 교육하는 데 사용할 수 있습니다. 세포 아웃라인(outline) 및 측정 도구를 이미징 소프트웨어 보충 이미징 및 유세포분석에 통합하여 세포 집단을 특성분석하고 게이트를 설정 및 확인할 수 있습니다.

PBMC 세포 집단의 이미징 및 측정

냉동 보존된 peripheral blood mononuclear cells(PBMCs)를 복원하고 1시간 동안 37°C에서 보관한 다음, CD3, CD19 및 CD14로 염색하여 각각 T 세포, B 세포, monocytes로 구분할 수 있었습니다. 100 µL/min으로 Attune CytPix 유세포분석기에서 시료를 수집하였습니다. Singlet 집단에서 게이팅 전략으로 FSC vs SSC 플롯에서 백게이팅하여 T 세포(blue), B 세포(rose), monocytes(gray)를 식별했으며 각 하위집단의 이미지가 표시되었습니다. 통합형 세포 아웃라인 및 측정 도구(red)는 대표적인 monocytes(101.26 µm2), T세포(38.08 µm2) 및 B세포(4.77 µm2)의 면적을 계산했습니다.

이미징을 사용한 No wash/no lyse 백혈구 분석

백혈구(백혈구 또는 WBC)는 whole blood 세포 중의 0.1%에 불과하기 때문에, 종종 더 많이 존재하는 적혈구(적혈구 또는 RBC)를 용해하여 분리합니다. 그러나, 이 작업에서 WBC의 일부를 용해하거나 변형시킬 수도 있습니다. 애플리케이션 노트에서, RBC의 헤모글로빈은 violet(405 nm) 빛을 쉽게 흡수하지만 WBC와 혈소판은 그렇지 않은 속성을 사용하여, 용해되지 않은 RBC, WBC, 혈소판을 구분하는 No wash/no lyse 법을 검증하였습니다. 이는 이중 레이저 광 산란 검출을 가능하게 하기 위해 Attune CytPix No-Wash, No-Lyse Filter Kit를 사용하여 blue vs violet side scatter (SSC) 플롯 상에서 RBC를 오른쪽으로 이동시킵니다 (패널 A).

 

그러나, CD45 발현을 위해 WBC를 염색하면 일부 WBC(Dot Plot에서 옅은 파란색)가 적혈구 게이트에 나타나는 것을 알 수 있습니다. 추가적인 분석을 위해, Attune CytPix 유세포분석기는 WBC로 나타나는 것으로 추정되는 CD45+ 이벤트를 이미지화 하도록 설정되었습니다. 이미지(패널 B)는 이러한 이벤트 중 일부(purple로 백게이팅된 점)가 실제로는 클러스터, 작은 혈소판, 어두운 RBC 또는 단일 이벤트로 분석된 세포의 조합을 나타낸다는 것을 보여줍니다. 균질한 집단으로 보이는 것이 실제로는 매우 다양할 수 있으며, 결과를 해석할 때 이러한 통찰을 반드시 고려해야 합니다.

이미징을 사용한 No wash/no lyse 백혈구 분석

1 mM EDTA(<1:4000)로 희석하여 24시간 된 혈액에서 세포를 획득하였습니다. 시료를 No wash/no lyse 프로토콜을 사용하여 FITC Anti-CD45로 염색하였으며, 이중 레이저 광 산란을 검출하기 위해 Attune CytPix No-Wash, No-Lyse Filter Kit가 장착된 Attune CytPix 유세포분석기에서 획득하였습니다. (A) blue vs violet SSC Dot Plot은 적혈구 vs 혈소판 및 백혈구의 영역을 나타냅니다. 그러나, 일부 CD45+ 이벤트(pale blue)가 적혈구 영역에 나타났습니다. (B) CD45+ 이벤트만의 게이팅 및 이미징은 일부 이벤트(purple 점)가 클러스터, 혈소판, RBC 또는 이들 세포 또는 기타 세포의 조합을 나타낸다는 것을 보여줍니다.

자성 비드 자극 human PBMC: 이미징이 향상된 분석

자성 선택 비드의 적절한 분리는 세포 및 유전자 치료 워크플로우에서 중요한 단계지만 그만큼 시간이 많이 걸립니다. 확장 이미지 파라미터를 활용하면 보다 효율적으로 비드를 정확하게 식별할 수 있습니다. 여기서는 Singlet 및 Aggregate 비드가 단일 및 Aggregate 세포 포함 이벤트와 분리된 것을 볼 수 있습니다. 

추가적인 분석을 위해, Attune CytPix 유세포분석기는 WBC로 나타나는 것으로 추정되는 CD45+ 이벤트를 이미지화 하도록 설정되었습니다. 이미지는 이러한 이벤트 중 일부가 실제로는 클러스터, 작은 혈소판, 어두운 RBC 또는 단일 이벤트로 분석된 세포의 조합을 나타낸다는 것을 보여줍니다. 균질한 집단으로 보이는 것이 실제로는 매우 다양할 수 있으며, 결과를 해석할 때 이러한 통찰을 반드시 고려해야 합니다.

Gibco Dynabeads Human T-Activator CD3/CD28 Bead로 자극한 인간 PBMC. Cells_Half_Resolution_v21 모델을 사용하여 이미지를 처리했습니다.

주석이 달린 이벤트는 중앙 위치를 나타내는 노란색 점이 있는 검은색 윤곽선으로 표시됩니다. 표시된 통계값은 %게이팅입니다.

T세포 백본(backbone) 패널

기억 항원 특이적 CD4 T세포는 순환 혈액에서 매우 rare하여, 항원 및 정상 범위 변화에 따라 빈도 범위가 100분의 1에서 100,000분의 1 미만 사이입니다. 유세포분석은 서로 다른 유형의 세포 혼합 집단에서 rare 세포를 모니터하고 식별하는데 효과적인 기술입니다. 고유한 세포 유형을 빠르게 식별할 뿐만 아니라 단일 세포 수준에서 다른 많은 표현형 특징을 분석하는 데에도 사용할 수 있으며 면역 체계를 이해하는 데 있어 유용한 도구입니다.

 

이 연구에서는 viability 염료(Invitrogen LIVE/DEAD Fixable Near-IR Dead Cell Stain)와 CD137 및 CD69를 포함한 7개의 항체가 Attune NxT 유세포분석기, 4 레이저 구성을 사용하여 항원 특이적 CD4 T세포를 식별하기 위한 백본(backbone) 패널로 사용되었습니다.  

항원-특이적 순환 CD4 T세포에 대한 5색상 백본(backbone) 패널.

CD69 및 CD137의 발현을 보여주는 2-파라미터 플롯들은 (A)항원 없이, 또는 (B) Mycobacterium tuberculosis의 PPD 사용, 또는 (C) CMV 세포 용해물 항원 준비를 사용하여 24시간 동안 배양된 건강한 기증자로부터의 희석되지 않은 전혈을 표시합니다. 그런 다음, 이 세포들을 수확하고 생존율 검사를 위해 CD137, CD69, CD3, CD4, CD19, CD16 및 CD14를 포함하는 백본 패널 항체를 LIVE/DEAD Fixable Near-IR Dead Cell Stain을 사용하여 염색하였고 Attune NxT 유세포 분석기에서 분석했습니다. (D) 림프구는 광산란 게이트를 이용해 식별되었고, (E)  이어서 단일 세포에 대해 게이팅한 후, (F, G) 채널 CD3+ CD4+ 세포를 버립니다.

 

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Detection of murine regulatory T cells

자가면역, 전염성 물질, 암과 관련된 연구에 이들 세포의 면역억제 잠재력을 활용할 수 있음을 보여주는 실험 마우스(mouse) 및 인간(human) 모델로부터의 증거에 의해 regulatory T세포(Tregs)에 대한 관심이 가속화되고 있습니다. 

 

Attune 유세포분석기의 강력한 신호 분리는 면역 표현형 분석에 필요한 세포집단의 하위세트로의 탁월한 분해능을 보여줍니다. Foxp3 Transcription Factor Staining Buffer Kit를 사용하여 염색된 마우스 비장 세포의 3색 면역표현형분석은 표면 및 세포 내 마커로 구성된 마우스 regulatory T세포에 대한 탁월한 세포집단 분해능을 보여줍니다. 

Attune NxT 유세포분석기에서 murine regulatory T 세포의 검출

 

(A) 아이소타입 대조물질(A, 오른쪽 패널)과 비교하여 마우스 비장(A, 왼쪽 패널)에 존재하는 CD4+ Foxp3+ 조절 T 세포 집단(게이팅됨)을 나타내는 이변량 점 플롯(dot plot). 세포가 FSC/SSC 프로파일을 기준으로 lymphocytes에 대해 게이트되었습니다. (B) CD4+ T 세포는 CD25 및 Foxp3 발현을 위해 게이트되고 분석되었습니다. 대부분의 murine regulatory T세포는 전사 인자 Foxp3 및 세포 표면 마커 CD25를 동시에 발현합니다.
 

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Whole blood 내 혈소판 검출

활성화되지 않은 휴지 상태의 혈소판은 peripheral blood의 가장 작은 세포 성분입니다. 혈소판은 활성화 시에 세포 표면 수용체 발현에서 급격한 변화가 발생하며, 이는 접착 특성 변화와 형태학적 변화를 통해 혈관 파괴 부위에서 혈소판 플러그 형성을 촉진합니다. 이러한 특성으로 인해 유세포분석에 의한, 특히 light scatter에 의한 혈소판 조사는 까다로울 수 있습니다. 

 

Attune 유세포분석기는 violet 레이저 SSC 검출을 위해 Attune NxT No-Wash, No-Lyse Filter Kit  또는 Attune CytPix No-Wash, No-Lyse Filter Kit를 함께 사용하여 시료 조작 없이 whole blood에서 혈소판을 검출하는 강력한 분석 기능을 제공합니다. 이 시스템의 acoustic focusing 기술은 타의 추종을 불허하는 속도(기존 세포 분석기보다 최대 10배 빠름)를 통해 연구 분석 시간을 크게 줄여줍니다. 

intact whole blood(no-wash/no-lyse)을 사용한 이중 레이저 blue(488nm) 및 violet(405nm) 레이저 SSC.

(A, B) 적혈구(RBC), 백혈구(WBC) 및 혈소판은 blue 및 violet 레이저 SSC 분석을 결합한 경우에만 광산란(light scatter)을 기반으로 분리됩니다. RBC의 헤모글로빈은 405nm에서 빛을 쉽게 흡수하고, 백혈구 및 혈소판에 관련된 violet SSC 채널에서 RBC의 SSC를 감소시켜 RBC 집단을 오른쪽으로 이동시킵니다. 이중 FSC 및 SSC 임계값은 기기의 노이즈를 표시할 만큼 낮게 설정되므로 완전한 혈소판 집단을 시각화할 수 있습니다. (C) WBC 및 혈소판이 포함된 게이트를 사용하는 FSC vs. 488nm SSC의 표준 플롯이 두 집단 주위에 생성된 영역(region)을 통해 WBC와 혈소판 집단을 구분하기 위해 사용될 수 있습니다. (D) (A)에 제시된 것과 동일한 플롯에서 컬러-백게이팅(color-backgating)을 사용하면 RBC 집단은 적색으로 표시되고 혈소판 집단은 녹색이 되며, WBC 집단은 청색이고 노이즈는 검은색입니다. 림프구, 단핵구 및 과립백혈구의 세 가지 주요 WBC 집단을 구분할 수 있습니다. (E) RBC, WBC 및 혈소판 집단 주변에 영역(region)을 배치하면 전혈에서 우성 세포형이 RBC로 나타나고, WBC와 혈소판은 상대적으로 희소한 이벤트로 나타납니다.


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면역-종양학 희귀(rare) 이벤트 분석

Attune 유세포분석기를 사용하면 시료를 농축하지 않고도 짧은 시간 내에 큰 시료량을 쉽게 실행할 수 있어 전체 세포의 1% 미만으로 구성된 세포 집단의 검출에 있어서도 신뢰성 있는 정확성을 확보할 수 있습니다(아래).

PBMCs에서 rare ILC2 집단 검출

(A) 100 μL PBS(+10% FBS)에서 재현탁된 1 x 106PBMC의 레이블링. 사용된 항체는 Invitrogen FITC, CD123-FITC 및 CRTH2-Alexa Fluor 647 conjugate에 결합된 CD2, CD3, CD14, CD16, CD19, CD56 및 CD235a를 포함하는 lineage cocktail이었습니다. 이어서 ILC2 세포는 Lineage (BL1)-음성, CRT2(RL1)-양성 집단으로 정의되었습니다. (B) Th2 세포에서 발현되는 화학유인물질 수용체-상동 분자를 발현하는 CRTH2 세포. CRTH2는 heterotrimeric G 단백질과 결합된 7-막투과 단백질입니다. CRTH2는 Prostaglandin D2 수용체로, Th2 세포, 호산구 및 호염기구에 의해 발현됩니다. CD294는 Th2 세포의 Apoptosis를 예방하고 천식 폐와 같은 알레르기 염증 부위에 CRTH2-발현 세포의 Chemotaxis를 매개합니다. (C) ILC2 세포는 계통(lineage)-음성 및 CRTH2-양성으로 정의됩니다. 이 예에서 ILC2 집단은 패어런트 게이트의 0.016%입니다. 데이터 제공: David Cousins, University of Leicester

CAR-T 면역치료 및 세포 간 상호 작용

이미징은 면역 세포 간의 상호작용을 포함하여 세포 기능의 증거를 보여줄 수 있습니다. 엔지니어링된 CAR T 면역치료 세포를 Ramos(림프종) 세포와 함께 인큐베이션하고 염색해서 획득한 후 Attune CytPix 유세포분석기에서 이미징하였습니다. 사분면의 Q2(두 가지 염색에서 모두 양성이고, 단일 이벤트로 획득됨)에서 얻은 이미지는 Ramos 세포를 타겟팅하는 CAR T 세포를 시각적으로 보여주며, 엔지니어링된 면역 세포 효능에 대한 분명한 증거를 보여줍니다.

림프종 세포를 표적으로 하는 CAR T 세포의 시각화

CAR T 세포와 Ramos 세포는 각각 CellTrace Far RedCellTrace Violet으로 표지되어 37°C에서 1시간 동안 1:1 비율로 배양했습니다 200 µL/분, >8 x 105 cells/mL에서 Attune CytPix 유세포분석기로 비여과 시료를 수집하였습니다. 사분면 Q1(왼쪽 위), Q4(오른쪽 아래) 및 Q3(왼쪽 아래)의 이미지는 각각 Ramos 세포, CAR T 세포 및 파편을 보여 줍니다. 사분면 Q2의 이미지(양쪽 염색에서 양성으로 나타남, 오른쪽 위)는 CAR T 세포가 Ramos 세포를 집어삼킬 때 단일 이벤트로 획득하여 두 유형의 세포가 함께 융합되는 것을 보여줍니다.

과거 CAR-T/Ramos 세포 상호작용 이미징의 힘을 입증한 바 있습니다. 가장 큰 관심을 모으고 있는 집단인 이중 양성 이벤트에 대해서 좀 더 알아보겠습니다. 이제 확장된 이미지 파생 파라미터(원형도 대 강도의 왜도)를 사용해 집단을 더욱 세분화하고 데이터의 견고성을 더욱 높일 수 있습니다. 여기서는 이미지 파생 파라미터를 사용함으로써 세포간 상호작용과 동시 발생 이벤트를 보다 정확하게 구분할 수 있음을 보여 줍니다. 

림프종 세포를 표적으로 하는 CAR T 세포의 시각화

CAR-T 세포와 Ramos 세포는 각각 CellTrace Far Red 및 Violet으로 표지되어 37°C에서 1시간 동안 1:1 비율로 배양했습니다. 여과되지 않은 샘플은 Attune CytPix Flow Cytometer에서 200 µL/분, >8 x 10⁵ cells/mL로 수집되었습니다. 사분면 Q1(왼쪽 위), Q3(오른쪽 아래) 및 Q4(왼쪽 아래)의 이미지는 각각 Ramos 세포, CAR T 세포 및 Debris을 보여 줍니다. 사분면 Q2의 이미지(양쪽 염색에서 양성으로 나타남, 오른쪽 위)는 CAR T 세포가 Ramos 세포를 집어삼킬 때 단일 이벤트로 획득하여 두 유형의 세포가 함께 융합되는 것을 보여줍니다. 백분율은 %게이팅입니다.

세포 이미지 갤러리에서 주석이 달린 이벤트는 중앙 위치를 나타내는 노란색 점과 함께 검은색 윤곽선으로 표시됩니다. 이미지 처리는 Cells Half Resolution 모델을 사용하여 원형도 대 강도 왜도 분석을 통해 실시하였습니다. 따라서 세포간 상호작용(CAR-T 세포와 Ramos 세포 사이)과 세포가 동일 시야 내에 있으나 세포간 상호작용이 일어나지 않는 분리 상태를 구분할 수 있습니다.

기타 응용 분야

복잡한 혼합 시료에서 이미징이 향상된 희귀 세포 분리

혼합 세포 집단에서 rare 세포의 분리를 향상시키는 이미지 분석 소프트웨어의 성능을 입증하기 위해 말초 혈액 샘플에 대장암 세포 1,000개를 주입했습니다. 이와 같은 희소한 이벤트를 감지하기 위해 450만 개 이상의 이벤트(분당 500 µL)를 수집하였습니다. 표적 세포(EpCAM & EGFR)를 식별하는 마커에 대한 이중 양성 이벤트만을 촬영했습니다. Attune CytPix를 사용하여 이러한 이중 양성 이벤트를 이미지한 결과, 대다수의 이벤트가 단일 암세포가 아니라 예상치 못한 형태의 Debris/Aggregate라는 것을 발견했습니다. 

대장암 세포를 샘플당 1,000개의 비율로 건강한 인간 PBMC에 주입하였습니다. 모든 샘플은 암스테르담 UMC에서 준비했습니다. 표시된 통계값은 세포 개수입니다. Cells_Half_Resolution_v22 모델을 사용하여 이미지를 처리했습니다.

SARS-CoV-2 감염된 세포 검출

Attune 유세포분석기는 단백질 및 유전자 발현을 측정하는 빠르고 쉽고 정확한 플랫폼을 제공합니다.  여기에는 감염된 숙주 세포에서 발현되는 바이러스 단백질이 포함됩니다.

 

아래 데이터에서 연구자들은 COVID-19 질환을 일으키는 새로운 코로나바이러스 SARS-CoV-2에 노출되기 전과 후에 배양된 인간 세포에서 SARS-CoV-2의 핵단백질 발현을 측정할 수 있었습니다.

감염된 293T-ACE2 세포의 SARS-CoV-2 핵단백질 염색

(A) 미감염 세포 및 (B) 0.1 MOI에서 36시간 후 SARS-COV-2 감염된 293T-ACE2 세포. 세포는 표준 프로토콜을 사용하여 준비되었으며 SARS coronavirus nucleoprotein monoclonal antibody(clone 1C7C7) 및 PE에 콘주게이트된 anti-mouse secondary antibody(카탈로그 번호: P852)를 사용하여 염색되었습니다. 데이터는 autosampler가 장착된 Attune NxT 유세포분석기를 사용하여 수집되었습니다. 분석은 FCS Express 7에서 수행되었습니다.

줄기 세포 및 심근세포

human 만능 줄기 세포(hPSC)를 분화된 세포 표현형으로 유도하는 능력은 개인 맞춤형 및 재생 의학에 거대한 가능성을 제공합니다. Attune 유세포분석기는 줄기 세포 및 심근세포와 같은 손상되기 쉽고 큰 세포 유형에서 사용하기에 이상적입니다. clogging을 적극적으로 차단하도록 설계된 시린지(syringe) 구동 시스템과 보다 큰 플로우 셀(flow cell)은 귀중한 시료의 손실을 방지하는데 도움이 되며 clogging 현상을 크게 줄여 줍니다.

심근세포 분화 중 전사 인자의 유세포 분석

심근세포 분화 중 H9 hPSC 세포에서 Oct4 및 Nkx2.5의 염색 프로파일을 나타내는 2-파라미터 플롯입니다. 모든 플롯은 단일 세포(singlet cell)에 대해 게이팅되었습니다. (A) 제 1일에 거의 모든 세포는 Oct4+ 및 Nkx2.5이며, 다능성 상태와 일치합니다. (B–J) 분화 과정 동안, 각 분화의 날짜에 대한 데이터가 표시되고 세포는 Oct4 발현을 상실하고 심장 마커 Nkx2.5를 발현하기 시작합니다. 우선순위 밀도 플롯은 Nkx2.5+ 세포를 나타내는 적색(red) 집단 및 Oct4+ 세포를 나타내는 녹색(green) 집단으로 표시되었습니다.

미생물학

폐수 병원균의 빠르고 정확한 검출

기존 유세포분석기에서는 느린 유속으로 인해 고도로 희석된 시료는 획득 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. Attune 유세포분석기는 고도로 희석된 시료를 빠르게 실행할 수 있습니다(아래).

처리된 도시 폐수의 박테리아 분석을 위해 Attune NxT 유세포분석기 사용

 

도시 폐수의 3mL 시료를 Invitrogen  LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit 를 통해 레이블링하고 Attune NxT 유세포분석기에서 1mL/분의 유속으로 분석하였습니다. 이를 통해 시료를 빠르게 분석하고 매우 적은 양의 박테리아를 정확하게 검출할 수 있었습니다. Live/Dead 박테리아의 농도가 reference counting beads를 사용하지 않고 측정되었습니다. Live(green) 및 Dead(red) 박테리아 집단과 함께 2-파라미터 dot plot(propidium iodide vs. SYTO 9 형광)이 잘 분리되었습니다. 통계표는 레이블링된 박테리아에 대한 농도 측정값을 표시합니다. 폐수에는 소량의 진핵생물과 잠재적으로 생존 가능하지만 배양 불가능한 박테리아 유형이 포함될 수 있으며, 그 각각은 염료로 레이블링될 수도 있습니다. 회색(gray) 점은 폐수에서 발견되는 이물질을 나타냅니다.

이미징이 향상된 미생물학

E. coli 세포의 배양은 시간이 지남에 따라 두 가지 유형의 콜로니 형성 단위(CFU)로 발전합니다. 즉, 단일 세포와 유사한 짧은 CFU와 각각의 세포 길이에서 불완전한 수축을 나타내는 불완전한 분열 고리가 있는 길쭉한 구조입니다. 기존의 단일 게이트(SSC-A vs SSC-H) 또는 형광 게이트(SSC vs nucleated stain)으로는 이러한 집단을 충분히 분리할 수 없습니다. 그러나 이미징 기능이 향상된 Attune CytPix 유세포분석기를 사용하면 이미지를 보고 그룹화한 다음 형태학적 특성에 따라 CFU 유형을 파악할 수 있습니다.

두 가지 E. coli CFU 유형의 차이

E. coli 세포를 밤새도록 37ºC에서 배양한 후 4ºC에서 3일간 배양했습니다. 100 µL/min으로 Attune CytPix 유세포분석기에서 시료를 수집하였습니다. 이미지에서 두 가지 유형의 CFU가 확인되었습니다. (A) 단일 세포와 유사한 짧은 콜로니와 (B) 불완전 분열 링을 가진 긴 구조. 각 집단의 대표 이미지를 표시하였습니다. 선택된 이미지에서의 백게이팅은 두 집단이 FSC vs SSC Dot plot(주황색 점, 왼쪽)에서 차이가 있음을 보여주었습니다.

핵 DNA의 신속하고 정확한 분석

간단하고 빠르며 정확하고 신뢰할 수 있는 방법을 제공하는 유세포분석은 식물 균질액의 C값(핵 DNA 함량)을 측정하는 방법이 되었으며, 식물 생물학에서 유세포분석의 사용이 빠르게 증가했습니다. Attune 유세포분석기는 DNA 함량 평가에 적합합니다. 가장 경제적인 단일 레이저 시스템을 비롯하여 모든 표준 구성을 사용할 수 있습니다.

데이터는 A. thaliana Col-1 잎 조직으로부터 준비된 식물 핵에서 수집되었으며 532 nm 레이저를 사용하여 FxCycle PI/RNase 염색 용액으로 레이블링되었습니다. (A)side scatter vs. FxCycle PI/RNase 형광의 2-파라미터 밀도 플롯,형광 핵을 둘러싼 scatter 게이트 사용. (B) 단일 핵에 대한 게이트를 위한 FxCycle PI/RNase 형광의 2-파라미터 밀도 플롯. (C) 핵 게이트된 집단의 FxCycle PI/RNase 형광에 대한 로그 히스토그램으로 2C, 4C, 8C 및 16C 핵에 상응하는 여러 개의 피크 표시.

자세한 내용을 보려면 애플리케이션 노트를 다운로드하십시오.

서로 다른 두 가지 유형의 E. coli 콜로니 형성 단위(CFU)를 보여주는 미생물학 데이터는 위의 이미징이 향상된 유세포분석 섹션에서 "이미징이 향상된 미생물학"을 참조하십시오.

유세포 분석을 사용한 멀티플렉싱 CRISPR 편집 분석

유세포 분석은 CRISPR-편집 세포 집단에서 기능성 단백질 녹다운(knockdown)을 정량하기 위한 high-throughput이며, 신속하고, 정확한 방법입니다. 유세포분석은 클론 분리 없이 여러 개의 loci에서 단일 세포 단백질 녹다운 효율을 확인할 수 있는 기능을 제공하기 때문에 다수의 gRNA로 편집한 세포 집단을 분석할 때 특히 유용합니다.

 

워크플로우가 간소화되고 시약 및 수작업 시간이 최소화되며 신속하고 정확한 결과를 제공합니다.

 

유세포분석을 이용하여 CRISPR 편집 세포를 분석하는 워크플로우

 

유세포 분석에 의한 CRISPR 매개 단백질 녹다운 정량은 관심 단백질 타겟을 위한 검증된 항체와 유세포분석기만 있으면 됩니다.

다수의 loci에서 단백질 녹다운(knockdown) 효율 검사

Human peripheral blood mononuclear cell(PBMCs)를 배양하고 이후에 Dynabeads Human T-Activator CD3/CD28 kit를 사용하여 T세포를 활성화했습니다. 그런 다음 Invitrogen TrueGuide Synthetic gRNA, TrueCut Cas9 Protein v2 및 Invitrogen Neon 트랜스펙션 시스템을 이용해 세포를 편집했습니다. Invitrogen TrueDesign Genome Editor 도구를 사용하여 human T세포 수용체, Beta-2-Microglobulin 및 CD47 유전자를 타겟으로 하는 gRNA를 설계했습니다. 각 유전자좌에서 기능 단백질 녹다운에 의해 측정되었듯이, 유세포분석을 통해 트랜스펙션 72시간후 편집 효율에 대해 세포를 분석했습니다. 시료는 Attune NxT 유세포분석기와 CytKick Autosampler에서 실행되었습니다. 위의 오버레이 플롯은 Attune 유세포분석 소프트웨어에 의해 생성되었습니다. 각 히스토그램은 비-네온(non-neon) 대조물질로 오버레이되었습니다. 사용된 단클론 항체는 TCR alpha/beta (IP26) PE (eBioscience), Beta-2 Microglobulin (B2M-01) FITC 및 CD279 (PD-1) (eBioJ105(J105)) APC-eFluor 780 (eBioscience)이었습니다.

CRISPR 편집 세포 분석

Attune 유세포분석기는 CRISPR 편집 세포의 편집 효율성을 빠르고 효과적으로 분석할 수 있습니다. 유세포 분석을 사용한 분석은 다른 편집 효율 분석 방법과 비교해 여러 가지 장점을 제공합니다.

  • Functional protein knockdown에 대한 효율성 데이터를 제공합니다.
  • 단일 세포, 다중 파라미터 녹다운(knockdown) 효율 분석, 즉 여러 유전자좌에서 동시에 편집되는 세포의 비율을 제공합니다.
  • 혼합 세포 집단에서 서로 다른 세포 유형의 편집 효율성을 구분하고 증식, viability와 같은 분석을 위한 추가적인 파라미터를 더합니다.

TCR alpha/beta, B2M 및 PD-1 loci에서 human PBMC 단백질 녹다운(knockdown)에 대한 유세포분석 오버레이 플롯

Human peripheral blood mononuclear cells(PBMCs)를 배양하고 이후에 Dynabeads Human T-Activator CD3/CD28 kit를 사용하여 T세포를 활성화했습니다. 그런 다음 Invitrogen TrueGuide Synthetic gRNA, TrueCut Cas9 Protein v2 및 Invitrogen Neon 트랜스펙션 시스템을 이용해 세포를 편집했습니다. Invitrogen TrueDesign Genome Editor 도구를 사용하여 human T세포 수용체, Beta-2-Microglobulin 및 CD47 유전자를 타겟으로 하는 gRNA를 설계했습니다. 유세포분석, 차세대 염기서열분석, Sanger 염기서열분석 및 genomic detection cleavage assay을 통해 트랜스펙션 72시간 후 편집 효율에 대해 세포를 분석했습니다. Attune NxT 소프트웨어가 모든 수치 및 데이터 분석에 사용되었습니다. 각 히스토그램은 네온이 처리되지 않은 대조물질로 오버레이되었고, 각 그림은 단일 웰에서 수집된 데이터입니다. 사용된 단클론 항체는 TCR alpha/beta (IP26) PE (eBioscience), Beta-2 Microglobulin (B2M-01) FITC 및 CD279 (PD-1) (eBioJ105(J105)) APC-eFluor 780 (eBioscience)이었습니다.

Attune 유체분석기를 사용한 CRISPR 편집 세포의 분석은 편집 효율에 대한 빠르고 정확한 정량 분석을 제공하였고, 특히 여러 CRISPR gRNA를 복합분석할 때 유용합니다. 단일 세포 분석, Functional knockout 효율, 빠른 실행이 가능한 데이터 및 최소한의 시료 처리 시간은 유전자 편집 분석을 위한 유세포분석의 장점입니다.

형광 단백질 검출

오늘날 형광 단백질은 유전자 발현 뿐만 아니라 살아있는 세포 내 protein localization, translocation, trafficking에 대한 조사에도 널리 사용됩니다. 고급 기법에는 형광 공명 에너지 전달(FRET, fluorescence resonance energy transfer) 기법과 형광 수명 이미징 현미경(FLIM, fluorescence lifetime imaging microscopy)을 사용하여 생존 세포에서 단백질 간 상호 작용 및 단백질의 공간 관계를 평가하는 것이 포함됩니다.

 

동일한 세포에서 다수의 형광 단백질을 동시 검출하는 작업은 전통적으로 다수의 Fluorophore-labeled 항체들을 검출하는 것보다 더 까다로웠습니다. 이는 특히 형광 단백질이 항체 레이블링(labeling)에 사용되는 전통적인 세포 염료 및 형광단보다 더욱 광범위하고 다양한 방출 스펙트럼을 가지고 있기 때문입니다.

 

Attune 유세포분석기는 형광 단백질 분석을 염두에 두고 개발되었으며, 최대 4개의 레이저 및 16개의 검출 채널을 지원할 수 있는 구성으로 여러 형광 단백질 및 형광 레이블링 항체(별도로 또는 결합하여)를 쉽고 정확하게 분석할 수 있습니다.

동일한 세포에서 발현되는 다수의 형광 단백질 검출

Invitrogen Lipofectamine 3000 시약을 사용하여 293FT세포를 두 개의 플라스미드를 이용하여 트랜스펙션하였습니다. 각 플라스미드를 별도로 순차적으로 전달(상단 패널)하거나 1:1(w/w) 믹스(하단 패널)를 사용하였습니다. 트랜스펙션된 세포는 유세포분석에 의한 수집 및 분석에 앞서 48시간 동안 증식되었습니다. 시료는 100μL/분의 유속으로 Attune NxT 유세포분석기를 사용하여 수집되었으며 각 시료에 대해 최소 15,000개의 이벤트가 수집되었습니다. 모든 주요 세포 집단이 검출되었습니다. 형광 단백질 중 하나를 발현하는 세포, 두 형광 단백질을 발현하는 세포, 그리고 두 형광 단백질 모두 발현하지 않는 세포(백분율은 플롯에 표시)가 검출되었습니다. 형광 단백질을 발현하는 세포는 비형광 단백질 발현 세포와 쉽게 구분됩니다. (A) TagBFP 및 mOrange2의 excitation을 위해 각각 405 nm 및 561 nm의 레이저를 사용했습니다. (B) TagBFP 및 mKate의 excitation을 위해 각각 405 nm 및 561 nm의 레이저를 사용했습니다. (C) emGFP 및 mKate의 excitation을 위해 각각 488 nm 및 561 nm의 레이저를 사용했습니다.

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