药物开发和生物制品表征:质谱流式应用文章分析——其他疾病:病毒感染-百泰派克生物科技BTP

     

    质谱流式技术(Mass Cytometry)在药物开发和生物制品表征中的潜力巨大。质谱流式细胞术将质谱技术与流式细胞仪相结合,能够实现对单个细胞的生化成分进行深入研究,帮助我们理解疾病机制,验证药物的效果,发现新的药物靶点以及增强生物制药质量控制。这在生物制品表征中非常有用,它可以帮助解决以下一些问题:

     

    单细胞层次的分子表征:传统的质谱技术通常需要大量的样本以获取可靠的结果,而质谱流式技术则可以分析单个细胞的生化成分,这可以帮助我们更深入地理解细胞的生物学特性。

    生物分子的定量分析:质谱流式技术可以对细胞内的生物分子进行定量分析,包括蛋白质、代谢物和其他生物分子。

    细胞异质性的研究:细胞群体中的细胞并非完全相同,它们之间的差异可能影响疾病的发展和治疗的效果。质谱流式技术可以帮助我们研究这种细胞异质性。

     

    百泰派克生物科技BTP采用基于Fluidigm Helios流式细胞仪(Mass Cytometry System for Single Cell Analysis)用于单细胞质谱分析,该平台能够完成包括单细胞捕获、cDNA合成、实时定量PCR分析、目标区域扩增以及质谱流式细胞分析。

     

    除了癌症,质谱流式也可以在包括自身免疫病、病毒感染等多种疾病机制研究和免疫检测中发挥关键作用(图1)。

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    图1. 质谱流式细胞术对病人进行大规模免疫监测研究

     

    病毒(Virus)是一类非细胞形态的微生物。主要有以下列基本特征:个体微小,仅具有一种类型的核酸,或DNA或RNA;严格的活细胞(真核或原核细胞)内复制增殖;具有受体连结蛋白(receptor binding protein),与敏感细胞表面的病毒受体连结,进而感染细胞。病毒体在细胞外是处于静止状态,基本上与无生命的物质相似,当病毒进入活细胞后便发挥其生物活性。由于病毒缺少完整的酶系统,不具有合成自身成份的原料和能量,也没有核糖体,因此决定了它的专性寄生性,必须侵入易感的宿主细胞,依靠宿主细胞的酶系统、原料和能量复制病毒的核酸,借助宿主细胞的核糖体翻译病毒的蛋白质。病毒这种增殖的方式叫做“复制(Replication)”。病毒复制的过程分为吸附、穿入、脱壳、生物合成及装配释放五个步骤,又称复制周期(Replication cycle)。

     

    机体抗病毒感染免疫应答包括非特异性免疫与特异性免疫。前者指获得性免疫力产生之前,机体对病毒初次感染的天然抵抗力,主要为单核吞噬细胞、自然杀伤细胞及干扰素等的作用。后者指抗体介导的和细胞介导的抗病毒作用。质谱流式和高维分析工具能够深入评估病毒感染重塑的特定宿主抗原,并揭示了感染细胞的特征,使它们能够存活和持续存在,以及可以响应并可能控制病毒复制的免疫细胞。因此,质谱流式在HIV,新冠,乙肝,带状疱疹等多种病毒感染研究中发挥重要作用(图2)。

     

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    图2. 质谱流式细胞术CyTOF在HIV研究中的应用

     

    为了表征对HIV感染的易感性,有研究通过单细胞质谱流式术对受感染的扁桃体T细胞进行表型分析,并创建了全面的图谱,以确定CD4+ T细胞的哪些亚群支持HIV融合和生产性感染。通过降维、聚类和统计方法来比较HIV融合和HIV感染的细胞,以解释病毒扰动,研究确定了帮助HIV进入机体但不支持病毒基因表达的记忆CD4 + T细胞子集,这些细胞表达高水平的 CD127(IL-7 受体),被认为是长寿的淋巴细胞。在HIV感染患者中,表达CD127的细胞优先定位于病毒复制有限的滤泡外淋巴系统区。基于CyTOF的表型与区分选择性感染和病毒受体调节的分析方法相结合,可以用作病毒检测工具(图3)。

     

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    图3. 质谱流式细胞术CyTOF对组织CD4 + T细胞的HIV进入和生产性感染进行了全面表征

     

    CyTOF不仅可以对生产性感染的细胞进行详细分析,还可以对未经历生产性感染的细胞进行研究,包括优先被HIV杀死的细胞。通过评估感染结束时哪些细胞缺失,同时通过PP-SLIDE进行感染相关的重塑,发现CD4 + Tm细胞的一些亚群对生产性感染的敏感性相对较低,对CXCR4热带HIV诱导的细胞死亡非常敏感。这些细胞可以通过HIV共受体CXCR4的高表达、中药表型(CCR7+CD62L +)以及检查点分子(PD1、CTLA4)和活化标志物(CD69、CD25、HLADR)的低表达来定义。相比之下,对HIV诱导的细胞死亡具有低表达的CXCR4,Tem表型(CCR7-CD62L-)和检查点/活化标志物(PD1,CTLA4,CD69,CD25和HLADR)的高表达。这些数据表明,最容易受到HIV感染的细胞不一定是最容易受到HIV诱导的细胞死亡的细胞,并提供了对HIV流产或旁观者杀死的机制的见解(图4)。

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    图4. 质谱流式细胞术优先杀死与优先感染的CD4 Tm亚群的深度表型

     

    对于COVID-19感染,目前已有超过一百篇文献报道了使用了质谱流式进行研究的结果。为了确定细胞和分子水平上免疫反应元件的哪些特定改变与SARS-CoV-2有关,有研究从19名无症状和12名有症状的SARS-CoV-2pos受试者、47名年龄/性别匹配的轻度或中度COVID-19患者和27名正常受试者中获取血样,并使用44-plex CyTOF、RNA-seq和Olink的联合检测方法对他们进行研究(图5)。研究表明无症状和有症状的受试者都表现出许多易于检测的免疫学改变,包括CD107alow经典单核细胞、中间单核细胞、非经典单核细胞和CD62Lhi CD8+T幼稚细胞的频率显著下降,血浆STC1水平降低,但CD4+ NKT细胞的频率增加。相互关系分析显示了一种特殊的症状前免疫类型,主要表现为单核细胞过度活化和分化受阻,这可能是感染引起的淋巴细胞衰竭和免疫抑制。

     

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    图5. 质谱流式细胞术和RNA-seq并行分析单个PBMC样品,并通过Olink蛋白质组学分析相应的血浆样品

     

    除了感染前后的免疫学特征,质谱流式还可以测定灭活疫苗诱导的机体免疫学特征。有研究监测和分析了接受三剂疫苗的受试者的抗体效力和强化注射所引起的抗体反应。该研究在一个多中心合作中进行,招募了360名20-74岁的健康成年人。参与者在0、1和7个月时接受了国药集团/BBIBP COVID-19灭活疫苗的第一、第二和加强剂量的注射。在多个时间点监测疫苗诱导的病毒特异性抗体水平(SARS-COV-2-IgA/IgM/IgG),代用病毒中和试验(sVNT),并在接种前和第二剂后一个月使用CyTOF方法分析免疫细胞和标志物的空间分布和比例。CyTOF数据显示了抗体的活跃产生和免疫环境的变化。

     

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    北京百泰派克生物科技有限公司(Beijing Bio-Tech Pack Technology Company Ltd. 简称BTP)从事以生物质谱为依托的生物药物表征,大分子物质(包括蛋白质、多肽、代谢物)质谱分析以及小分子物质检测服务。

    1、公司采用ISO9001质量控制体系,专业提供以质谱为基础的CRO检测分析服务;

    2、获国家CNAS实验室认可,为客户提供符合全球药政法规的药物质量研究服务;

    3、业务范围覆盖蛋白质组学、多肽组学、代谢组学、生物药物表征、单细胞分析、单细胞质谱流式、生信云分析以及多组学生物质谱整合分析等;

    4、七大质量控制检测平台,满足您一站式服务需求;

    5、服务3000+企业,10000+客户的选择;

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    相关服务

    单细胞质谱流式技术分析

     

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