Flow Cytometry – Khám phá bí ẩn từng tế bào

Flow Cytometry (Phân tích tế bào theo dòng chảy) là một kỹ thuật đo đặc tính huỳnh quang và quang học của tế bào đơn hoặc các hạt (như vi sinh vật, nhân và nhiễm sắc thể…) thông qua nguồn sáng laser. Flow Cytometry được sử dụng để đếm, phân loại tế bào, nhận diện chỉ thị sinh học và kỹ thuật protein, ứng dụng trong chẩn đoán các rối loạn sức khỏe, đặc biệt là ung thư máu, cùng nhiều ứng dụng khác trong nghiên cứu cơ bản, thực hành lâm sàng và thử nghiệm lâm sàng. Vậy Flow Cyotmetry có khả năng “khám phá bí ẩn từng tế bào” như thế nào?

Đầu tiên, các hạt/tế bào sẽ được đưa vào trong một dòng chất lỏng và đi qua chùm tia sáng laser. Bất kỳ hạt hòa tan hoặc tế bào nào có kích thước từ 0.2-150 µm đều phù hợp, các tế bào tách từ mô rắn phải được loại bỏ trước khi phân tích. Khi các hạt đi qua tia laser, chúng tán xạ ánh sáng laser, ánh sáng tán xạ và ánh sáng huỳnh quang sẽ được thu tại thấu kính ở vị trí thích hợp. Sự kết hợp giữa bộ phận tách chùm tia và các kính lọc sẽ hướng ánh sáng tán xạ và ánh sáng huỳnh quang tới detector (cảm biến). Cuối cùng, các detector sẽ tạo ra tín hiệu điện tỉ lệ thuận với tín hiệu quang học.

Các thành phần chính trong máy Flow Cytometry: hệ thống dung dịch, hệ thống quang học, detector và máy tính phân tích dữ liệu.

Hệ thống dung dịch

Hệ thống dung dịch có vai trò vận chuyển và điều hướng các hạt/ tế bào trong dung dịch khi đi qua chùm tia laser. Hệ thống này gồm 2 thành phần: dòng dung dịch bảo vệ bên ngoài (sheath fluid) và dòng áp suất (pressurized line).

Tùy vào mục đích phân tích, tỉ lệ các tế bào được đưa vào chiếu qua chùm tia laser sẽ được điều chỉnh sử dụng một cách hợp lý. Khi chùm laser tiếp xúc với các hạt, các thông số quan trọng sẽ được ghi lại. Tuy nhiên, để đảm bảo độ chính xác, hệ thống dung dịch phải không chứa bong bóng khi và các mảnh vụn để áp lực ở mọi thời gian được đồng đều.

Hệ thống quang học

Đây là hệ thống có nhiệm vụ chiếu ánh sáng kích thích vào dòng tế bào, bao gồm: đèn laser, thấu kính và bộ phận thu sáng.

Thấu kính có vai trò định hình và tập trung chùm tia laser. Ánh sáng laser được tạo ra bằng cách kích thích các điện tử (electron) đang ở trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích có mức năng lượng cao nhờ điện áp. Sau khoảng 10^-7 – 10^-8 giây, các điện tử sẽ trở về trạng thái cơ bản và phát ra năng lượng dưới dạng các photon ánh sáng. Sau khi  tia laser chiếu vào tế bào sẽ bị tán xạ không chiếu theo đường thẳng.

Hệ thống thu nhận ánh sáng gồm thấu kính để thu ánh sáng phát ra từ sự tiếp xúc giữa tia laser và các hạt tế bào; hệ thống gương và kính lọc để tách, sau đó hướng ánh sáng có bước sóng đặc hiệu đến detector thích hợp.

Hệ thống cảm biến (detector)

Tia sáng sau khi được tán xạ sẽ được chuyển thành điện thế nhờ các photodetector. Có 2 loại detector là photodiode (PDs) thường được sử dụng để phát hiện tín hiệu ánh sáng mạnh hơn và photomultiplier tubes (PMTs) thường được sử dụng để phát hiện tín hiệu ánh sáng yếu hơn.

Các tín hiệu ánh sáng bị detector “bắt giữ” được chuyển thành số lượng các electron để tạo ra dòng điện. Dòng điện được chuyển đến bộ phận khuếch đại và tạo thành xung điện thế. Lượng tối đa ánh sáng tán xạ và huỳnh quang sẽ thu được khi hạt nằm ở trung tâm của chùm tia. Khi hạt ra khỏi chùm tia, xung điện sẽ quay trở lại đường nền.

Máy tính phân tích dữ liệu

Các dữ liệu được chuyển về từ detector được thể hiện thành một biểu đồ các chấm. Để đọc được các dữ liệu này phải cần đến máy tính để phân tích dữ liệu, “phiên dịch” thành những dữ liệu số.

Nguồn: Aysun Adan, Günel Alizada, Yağmur Kiraz, Yusuf Baran and Ayten Nalbant (2015), “Flow cytometry: basic principles and applications”, Critical Reviews in Biotechnology, 37(2), pp. 163–176.