基于成像流式细胞术的高通量药物筛选方法与流程

本发明涉及仪器分析，特别涉及一种基于成像流式细胞术的高通量药物筛选方法。

背景技术：

1、药物筛选常用的方法是基于细胞的表型筛选，现有的细胞表型药物筛选方案中，一般是先通过流式细胞仪进行高通量初选，而后再通过高分辨率荧光显微镜完成精准分析。流式细胞仪能够实现对生物微粒的高通量检测，检测通量范围达到103-105微粒每秒，可以检测生物微粒的散射光和荧光信号。同时，流式细胞仪具有较高的并行检测能力，例如最先进的光谱流式细胞仪的并行检测能力能达到64个荧光通道，常规流式细胞仪也有4-14个荧光通道和前向与侧向两个散射光通道。但流式细胞仪不具备二维的空间分辨力或成像能力，无法获取细胞的形态学信息。因而，现有的细胞表型药物筛选方案中必须借助高分辨率荧光显微镜完成精准分析，但荧光显微镜的单次成像视场内的细胞数量极为有限，一般为几十个细胞/视场，限制了细胞表型药物筛选的速度。因此目前亟需提供一种可实现高通量药物筛选的方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种基于成像流式细胞术的高通量药物筛选方法，具体包括对细胞进行候选药物的处理、进行荧光标记、通过流式细胞仪获取单细胞影像、对单细胞影像进行提取和分析。

2、为此，本发明提供一种高通量药物筛选方法，所述方法包括：

3、(1)对待检测细胞分别进行不同候选药物的处理；

4、(2)对步骤(1)中得到的候选药物处理后的细胞进行荧光标记，制成细胞悬浮液；

5、(3)将步骤(2)中得到的细胞悬浮液置于成像流式细胞仪流道中进行检测，获取单细胞影像；

6、(4)对步骤(3)中得到的单细胞影像进行信息提取，并基于提取的信息通过ai算法获得分析结果，以便筛选出符合预定要求的药物。

7、成像流式细胞仪是近年来新发展的生物微粒分析技术，通过将流式技术和高速显微技术相结合，实现了对高速流动状态下的生物微粒的多通道荧光和散射光成像，具备传统流式的高通量特性和显微成像的二维空间分辨能力。本发明将成像流式细胞术用于细胞表型药物筛选，能够高通量地生成多通道的单细胞影像，进而将筛选效率提升102-104倍。

8、根据本发明的实施例，步骤(2)中所述荧光标记包括无区别标记和/或特异性标记；

9、其中，所述无区别标记包括对所述候选药物处理后的细胞采用统一的荧光标记方案；

10、所述特异性标记包括对所述候选药物处理后的细胞根据先验知识设定的表型差异进行选择性荧光标记。

11、根据本发明的实施例，所述统一的荧光标记方案包括统一对所有候选药物处理后的细胞的细胞核、核仁、内质网、高尔基体、细胞膜、线粒体分别标记不同的荧光。

12、根据本发明的实施例，根据先验知识设定的表型差异进行选择性荧光标记包括对细胞表面或细胞内部的特异性蛋白进行荧光标记。

13、本发明可对细胞成分和细胞器(如细胞膜、细胞核、内质网、高尔基体、核仁、肌动蛋白、线粒体)进行荧光标记，实现对细胞成分和细胞器的识别。其中通过无区别标记得到的无标记影像，包括明场、暗场和散射场，能够测量的细胞整体形貌、尺寸、粒度；通过特异性标记，例如对某些细胞成分或细胞器进行荧光标记，可得到其荧光图像，进而得到相应的影像信息。

14、根据本发明的实施例，步骤(3)中所述单细胞影像包括细胞的荧光图像和无标记影像。

15、根据本发明的实施例，步骤(4)中从单细胞影像提取的信息包括选自细胞器、细胞成分、遗传物质、细胞形态、细胞器分布、蛋白表达、细胞核大小、细胞形态学信息、细胞纹理中的至少之一。

16、根据本发明的实施例，所述分析结果包括选自细胞增殖情况、细胞凋亡情况、细胞蛋白表达、细胞健康情况、药物对非目标细胞的毒性、药物对目标细胞的杀伤效果中的至少之一。

17、本发明从影像中所提取的信息包含细胞器、细胞成分、遗传物质、细胞形态、细胞器分布、蛋白表达、细胞核大小、细胞形态学信息、细胞纹理等信息，相应的分析涉及细胞的不同方面，例如细胞增殖情况、细胞凋亡情况、细胞蛋白表达、细胞健康情况、药物对非目标细胞的毒性、药物对目标细胞的杀伤效果等。

18、根据本发明的实施例，步骤(3)中所述成像流式细胞仪流道中液流的中心流动速度为0.1-20m/s。

19、根据本发明的实施例，所述基于提取的信息通过ai算法获得分析结果，以便筛选出符合预定要求的药物通过以下方法实现：

20、方法一：(1)利用所述提取的信息构建数据集，通过ai算法学习所述数据集获得所述单细胞影像中的细胞器和分子信息的形态、空间分布和表达情况；

21、(2)对步骤(1)中得到的细胞器和分子信息的形态、空间分布和表达情况进行定性与定量分析，设定预设条件自动筛选出符合预定要求的药物；

22、或方法二：(a)通过ai算法对所述提取的信息进行分析后自动完成对所测细胞的分群；

23、(b)根据步骤(a)中得到的分群结果以及相对应的单细胞影像，人为分析后筛选出符合预定要求的药物。

24、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种高通量药物筛选方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述荧光标记包括无区别标记和/或特异性标记；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述统一的荧光标记方案包括统一对所有候选药物处理后的细胞的细胞核、核仁、内质网、高尔基体、细胞膜、线粒体分别标记不同的荧光。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据先验知识设定的表型差异进行选择性荧光标记包括对细胞表面或细胞内部的特异性蛋白进行荧光标记。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述单细胞影像包括细胞的荧光图像和无标记影像。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中从单细胞影像提取的信息包括选自细胞器、细胞成分、遗传物质、细胞形态、细胞器分布、蛋白表达、细胞核大小、细胞形态学信息、细胞纹理中的至少之一。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述分析结果包括选自细胞增殖情况、细胞凋亡情况、细胞蛋白表达、细胞健康情况、药物对非目标细胞的毒性、药物对目标细胞的杀伤效果中的至少之一。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述成像流式细胞仪流道中液流的中心流动速度为0.1-20m/s。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于提取的信息通过ai算法获得分析结果，以便筛选出符合预定要求的药物通过以下方法实现：

技术总结
本发明涉及仪器分析技术领域，具体涉及一种基于成像流式细胞术的高通量药物筛选方法。本发明提供的高通量药物筛选方法包括细胞培育、细胞染色、借助流式细胞仪获取单细胞影像、影像提取与分析。此方法结合了流式细胞术的高通量优点和显微镜的成像能力，能够高通量地生成多通道的单细胞影像，实现在10<supgt;2</supgt;‑10<supgt;5</supgt;个细胞每秒的通量下完成对单一细胞的荧光影像和无标记影像采集，可用于细胞表型药物筛选，并将筛选效率提升10<supgt;2</supgt;‑10<supgt;4</supgt;倍。

技术研发人员：赵精晶,杜琳
受保护的技术使用者：赵精晶
技术研发日：
技术公布日：2024/8/21