مقدمه
فلوسایتومتری خون (Flow Cytometry) یکی از پیشرفتهترین و حیاتیترین روشهای تحلیلی در حوزه علوم آزمایشگاهی، بهویژه در رشتههای هماتولوژی، بانک خون، ایمونولوژی تشخیصی و انکولوژی است. این تکنیک امکان ارزیابی همزمان چندین ویژگی فیزیکی و ایمونولوژیک را بر روی هزاران سلول منفرد در یک ثانیه فراهم میکند. اصل کار فلوسایتومتری بر اساس برهمکنش نور لیزر با سلولهای شناور در جریان مایع (هیدرودینامیک) و ثبت پراکندگی نور (Scatter) و فلورسانس نشأت گرفته از اتصال آنتیبادیهای کونژوگه شده به فلوروکرومها استوار است. اهمیت این روش در قابلیت آن برای ارائه پروفایل دقیق ایمونوفنوتیپینگ سلولهای خونی، تشخیص زودهنگام بدخیمیها، تعیین وضعیت ایمنی در بیماریهایی نظیر HIV، و پایش بیماریهای باقیمانده (MRD) است. این راهنمای جامع به تشریح مفصل اصول، پروتکلهای عملیاتی، کاربردهای بالینی گسترده و استانداردهای کنترل کیفیت در فلوسایتومتری خون میپردازد.
اصول عملکرد فلوسایتومتری
فناوری فلوسایتومتری بر تلفیق سه سیستم اصلی در دستگاه تکیه دارد: سیستم نوری، سیستم سیال (هیدرودینامیک) و سیستم الکترونیکی/رایانهای.
۱. سیستم سیال (Hydrodynamic Focusing)
هدف این سیستم هدایت سلولها به صورت انفرادی و با فاصله منظم از یکدیگر در مقابل پرتو لیزر است. این فرآیند که با استفاده از پدیدهای به نام “کانونسازی هیدرودینامیکی” (Hydrodynamic Focusing) انجام میشود، تضمین میکند که هر پالس نوری دریافتی مربوط به یک سلول منفرد باشد.
جریان اصلی شامل نمونه سلولی (Sheath fluid) با سرعت بالا، نمونه را در مرکز جریان اصلی نگه میدارد.
۲. سیستم نوری (Optical System)
قلب دستگاه، سیستم نوری شامل لیزرها و فیلترها است.
الف) منبع لیزر
لیزرهای مورد استفاده در فلوسایتومتری (مانند آبی 488 نانومتر، قرمز 633 نانومتر، بنفش 405 نانومتر) فوتونهایی با طول موج ثابت ساطع میکنند که وظیفه تحریک فلوروکرومهای متصل به آنتیبادیها را بر عهده دارند.
ب) برهمکنش نور با سلول
هنگامی که یک سلول وارد پرتو لیزر میشود، دو نوع سیگنال اصلی تولید میشود:
پراکندگی نور (Light Scatter):
FSC (Forward Scatter – پراکندگی رو به جلو): نوری که در امتداد مسیر لیزر (با زاویه بسیار کم، معمولاً ۰ تا ۲۰ درجه) پراکنده میشود. این سیگنال عمدتاً تحت تأثیر اندازه سلول است. سلولهای بزرگتر نور بیشتری در این جهت پراکنده میکنند.
SSC (Side Scatter – پراکندگی جانبی): نوری که با زاویه ۹۰ درجه نسبت به پرتو لیزر پراکنده میشود. این سیگنال بازتابی از پیچیدگی داخلی سلول (گرانولها، هسته، سیتوپلاسم) است. سلولهای با ساختار داخلی پیچیده (مانند نوتروفیلها) SSC بالاتری دارند.
فلورسانس (Fluorescence):
سلولهایی که با آنتیبادیهای نشاندارشده به فلوروکرومها (مانند FITC، PE، APC) رنگآمیزی شدهاند، پس از تحریک توسط لیزر، نور را در طول موجهای مشخصی منتشر میکنند. شدت این نور (بر حسب مولکولی فلوروکروم در هر سلول) مستقیماً متناسب با میزان بیان مارکر مورد نظر (مانند CD4 یا CD34) است.
۳. سیستم الکترونیکی و آنالیز داده
نورهای پراکنده شده و فلورسانت توسط مجموعهای از عدسیها به آشکارسازهای فوتومولتیپلایر (PMT) هدایت میشوند. هر PMT برای جمعآوری سیگنال از یک فلوروکروم خاص یا یک پارامتر پراکندگی طراحی شده است. سیگنالهای آنالوگ دریافتی به سیگنالهای دیجیتال تبدیل شده و برای آنالیز، ذخیرهسازی و نمایش به نرمافزار رایانهای ارسال میشوند. نتایج معمولاً به صورت نمودارهای دو بعدی (Dot Plots) یا هیستوگرام نمایش داده میشوند.
آمادهسازی نمونه و تکنیکهای رنگآمیزی
کیفیت نتایج فلوسایتومتری به شدت به فرآیند پیش از آنالیز، بهویژه آمادهسازی نمونه و رنگآمیزی بستگی دارد.
۱. جمعآوری و انتقال نمونه
لوله مناسب: خون باید در لولههای حاوی ضد انعقاد EDTA (اتیلن دیآمین تترا استیک اسید) جمعآوری شود. هپارین یا سیترات برای بسیاری از کاربردهای ایمونولوژیک توصیه نمیشود زیرا ممکن است بر روی مارکرهای سطحی تأثیر بگذارد یا باعث چسبندگی سلولها شود.
زمانبندی: نمونهها باید در اسرع وقت (ایدهآل زیر ۲ ساعت، حداکثر ۶ ساعت) پس از خونگیری آنالیز شوند. تأخیر طولانیتر منجر به تغییر شکل سلولی (آتوپتوز) و کاهش شدت فلورسانس میشود.
همگنسازی: نمونه باید به آرامی و به طور کامل مخلوط شود تا از تجمع پلاکتها و تشکیل لخته جلوگیری شود.
۲. حذف گلبولهای قرمز (RBC Lysis)
در نمونههای خون کامل، غلظت بالای گلبولهای قرمز مانع از آنالیز دقیق لکوسیتها میشود. پروتکلهای لیز استاندارد شامل استفاده از بافرهای حاوی کلرید آمونیوم ($\text{NH}_4\text{Cl}$) برای از بین بردن انتخابی RBCها بدون آسیب جدی به لکوسیتها است.
۳. رنگآمیزی ایمونولوژیک
این مرحله تعیینکننده اختصاصیت روش است.
آنتیبادیها: آنتیبادیهای منوکلونال کونژوگه شده با فلوروکرومهای مختلف (مثلاً CD3-FITC، CD8-PE، CD4-APC) به نمونه اضافه میشوند.
انکوباسیون: نمونهها در تاریکی و در دمای ۴ درجه سانتیگراد (برای جلوگیری از اندوسیتوز مارکرها) به مدت ۱۵ تا ۳۰ دقیقه انکوبه میشوند.
شستشو: شستشوی کامل با بافر (معمولاً PBS حاوی آلبومین سرم گاوی یا سرم نرمال) برای حذف آنتیبادیهای متصل نشده ضروری است.
۴. رنگآمیزی زنده/مرده (Viability Staining)
برای تفکیک سلولهای زنده از سلولهای مرده یا در حال مرگ (که ممکن است به دلیل خاصیت خود-فلورسانس یا تغییر در نفوذپذیری غشا، نتایج کاذب بدهند)، از رنگهایی مانند Propidium Iodide (PI) یا DAPI استفاده میشود. این رنگها وارد هسته سلولهای با غشای آسیبدیده (مرده) شده و از سلولهای زنده عبور نمیکنند.
نکته کلیدی: در کاربردهای بالینی، گیتینگ (Gate) بر اساس FSC/SSC و مارکر زنده/مرده برای اطمینان از آنالیز سلولهای بالغ و زنده حیاتی است.
کاربردهای بالینی اصلی فلوسایتومتری در هماتولوژی
فلوسایتومتری به دلیل توانایی در تفکیک زیرجمعیتهای سلولی نادر، سنگ بنای تشخیص و پایش بسیاری از بیماریهای خونی است.
۱. تشخیص و طبقهبندی بدخیمیهای خونی (لوکمی و لنفوم)
تشخیص قطعی AML (Acute Myeloid Leukemia) و ALL (Acute Lymphoblastic Leukemia) وابسته به شناسایی ناهنجاریهای ایمونوفنوتیپی است.
لوکمی حاد لنفاوی (ALL): شناسایی خط سلولی غالب (B-cell، T-cell یا نادر) و بررسی مارکرهای بلوغ (مانند CD19، CD22 برای خط B؛ CD3، CD7، CD5 برای خط T). حضور مارکرهای نابالغ مانند CD34 (سلولهای بنیادی) و TdT (ترمینال دئوکسی نوکلئوتیدیل ترانسفراز) قویاً نشاندهنده بدخیمی است.
لوکمی حاد میلوئیدی (AML): شناسایی خط میلوئیدی با مارکرهایی نظیر CD13، CD33، و آنزیمهای اختصاصی مانند MPO (مایلوپراکسیداز). ناهنجاریهای مهم شامل بروز همزمان مارکرهای غیرمعمول (مانند CD7 و CD34 در خط میلوئید) یا فقدان مارکرهای بلوغ خاص است.
۲. پایش بیماری باقیمانده حداقل (MRD)
MRD به شناسایی تعداد بسیار کمی از سلولهای بدخیم باقیمانده پس از درمان اشاره دارد. این امر به ویژه در ALL بسیار حیاتی است.
حساسیت: فلوسایتومتری با دقت ۱۰⁻⁴ تا ۱۰⁻⁵ (۱ سلول در ۱۰۰,۰۰۰ یا ۱ در ۱۰,۰۰۰,۰۰۰ سلول) میتواند MRD را ردیابی کند، که این امر در پایش پاسخ به درمان و پیشبینی عود بسیار حساستر از روشهای سیتوژنتیکی یا مولکولی (در برخی موارد) است.
روش: ایمونوفنوتیپینگ سلولهای لوکمی که اغلب دارای یک الگوی خاص (مانند B-ALL با بیان CD10+/CD20+/CD34+) هستند، اجازه میدهد تا این جمعیت غیرعادی حتی در حضور تعداد زیادی لنفوسیتهای طبیعی تفکیک شود.
۳. بررسی وضعیت ایمنی در بیماران HIV/AIDS
فلوسایتومتری روش استاندارد طلایی برای اندازهگیری وضعیت سیستم ایمنی در بیماران مبتلا به HIV است.
شمارش CD4: اندازهگیری درصد و تعداد مطلق لنفوسیتهای کمککننده $\text{CD3}^+\text{CD4}^+$ ضروری است. کاهش تعداد این سلولها نشاندهنده سرکوب ایمنی و خطر بالای ابتلا به عفونتهای فرصتطلب است.
نسبت CD4/CD8: این نسبت نیز یک شاخص مهم است. در افراد سالم، این نسبت معمولاً بالای ۱ است؛ در بیماران HIV، این نسبت کاهش مییابد.
۴. تشخیص کمخونی همولیتیک پاروکسیسمال شبانه (PNH)
PNH یک اختلال اکتسابی نادر است که در آن سلولهای خونی (به ویژه اریتروسیتها) فاقد پروتئینهای متصل به غشا توسط اتصال GPI (Glycosylphosphatidylinositol) هستند. این پروتئینها شامل CD55 و CD59 هستند که از سلولها در برابر سیستم کمپلمان محافظت میکنند.
تشخیص: استفاده از سوسپانسیون سلولهای خون محیطی و رنگآمیزی با FLAER (فلوروسین متصل به فاکتور فعالکننده مکوپلاسم) که به GPI-anchored ها متصل میشود. سلولهای PNH (RBCs و WBCs) فاقد FLAER خواهند بود. همچنین شمارش سلولهای $\text{CD55}^-$ و $\text{CD59}^-$ به تأیید تشخیص کمک میکند.
۵. بررسی نقصهای ایمنی اولیه (PID) و ثانویه
تشخیص نقصهای کمی یا کیفی در زیرجمعیتهای لنفوسیتها (مانند لنفوسیتهای B، T و NK) با شمارش مارکرهای اختصاصی (مانند $\text{CD19}$، $\text{CD3}$، $\text{CD16/56}$) انجام میگیرد.
پنلهای فلوسایتومتری رایج و استراتژی گیتینگ
استفاده از پنلهای چندرنگی (Multi-color panels) امکان ارزیابی همزمان ۸ تا ۱۸ مارکر مختلف را فراهم میکند.
استراتژی گیتینگ (Gating Strategy)
گیتینگ، فرآیند تعریف جمعیتهای سلولی مورد نظر بر اساس پارامترهای FSC، SSC و مارکرهای فلورسانس است.
گیت اولیه (FSC/SSC): تفکیک جمعیتهای اصلی (لنفوسیتها، مونوسیتها، نوتروفیلها) بر اساس اندازه و گرانولاسیون.
لنفوسیتها: $\text{FSC}^{\text{low}}$, $\text{SSC}^{\text{low}}$
مونوسیتها: $\text{FSC}^{\text{mid}}$, $\text{SSC}^{\text{mid}}$
گرانولوسیتها: $\text{FSC}^{\text{high}}$, $\text{SSC}^{\text{high}}$
گیت زنده بودن: اعمال گیت بر روی سلولهای زنده (مثلاً $\text{PI}^-$).
گیت اختصاصی: گیتبندی بر اساس مارکرهای CD45 (تعداد کل لکوسیتها) و CD14 (برای تفکیک مونوسیتها از لنفوسیتها) جهت اطمینان از هدفگیری صحیح جمعیت سلولی.
گیت نهایی: تعریف زیرجمعیتها بر اساس ترکیب مارکرهای آنتیژنی (مثلاً $\text{CD3}^+\text{CD4}^+$).
جدول پنلهای رایج
کاربردهدف اصلیمارکرهای پیشنهادی (نمونهای)تشخیص ALL/AMLایمونوفنوتیپینگ$\text{CD45}$, $\text{CD34}$, $\text{CD19}$, $\text{CD13}$, $\text{HLA-DR}$, $\text{TdT}$تشخیص CLL/NHLشناسایی لنفوسیتهای B نئوپلاستیک$\text{CD19}$, $\text{CD20}$, $\text{CD5}$, $\text{CD23}$, $\text{Kappa}/\text{Lambda}$ (زنجیره سبک)مانیتورینگ HIVارزیابی ایمنی$\text{CD3}$, $\text{CD4}$, $\text{CD8}$, $\text{CD45}$ (جهت شمارش دقیق)تشخیص PNHشناسایی کلون GPI-deficient$\text{FLAER}$, $\text{CD55}$, $\text{CD59}$ (بر روی RBC و WBC)آنالیز ایمنی عمومیشمارش زیرجمعیتهای T، B، NK$\text{CD3}$, $\text{CD4}$, $\text{CD8}$, $\text{CD19}$, $\text{CD16/56}$
کنترل کیفیت (QC) و تضمین کیفیت (QA)
اعتبار نتایج فلوسایتومتری مستلزم رعایت دقیق پروتکلهای کنترل کیفیت روزانه، هفتگی و ماهانه است.
۱. کنترل کیفیت روزانه (Daily QC)
هدف، تأیید عملکرد صحیح اجزای نوری، سیال و الکترونیکی دستگاه است.
کالیبراسیون با مهرههای (Beads) فلوسایتومتری:
کالیبراسیون روشنایی (Brightness Calibration): استفاده از مهرههای کالیبراسیون با مقادیر معلوم فلورسانس برای اطمینان از اینکه ولتاژ PMT به درستی تنظیم شده و پاسخ خطی است.
کالیبراسیون اندازه (Size Calibration): استفاده از مهرههایی با اندازههای مشخص برای تأیید عملکرد FSC.
مهرههای کنترل: Beadهای مرجع (مانند شرکتهای CellaVision یا Thermo Fisher) حاوی ذراتی با سطح فلورسانس و پراکندگی مشخص، در طول روز برای اطمینان از پایداری عملکرد استفاده میشوند. مقادیر میانگین فلورسانس شدت (MFI) باید در محدوده پذیرفته شده (Acceptance Range) قرار گیرد.
تنظیم جبرانسازی (Compensation Check):
Compensation برای تصحیح پدیده “نشت طیفی” (Spectral Spillover) بین کانالهای مختلف فلورسانس ضروری است. اگر یک فلوروکروم (مانند PE) در کانال دیگری (مانند FITC) نیز سیگنال تولید کند، این نشت باید با استفاده از نمونههای تکرنگ یا مهرههای مخصوص اندازهگیری و با استفاده از ماتریس جبرانسازی (Compensation Matrix) حذف شود.
۲. کنترل کیفیت پیشرفته و پایش
کنترل ایزوتایپی: استفاده از آنتیبادیهای بدون اختصاصیت (Isotype Controls) در کنار آنتیبادیهای اختصاصی برای تعیین حد آستانه نویز پسزمینه (Background Noise) و اطمینان از تفکیک مناسب جمعیتهای مثبت از منفی.
بررسی عملکرد هیدرودینامیک: پایش نرخ جریان (Flow Rate) و اطمینان از عدم گرفتگی نازل (Nozzle) یا ایجاد حباب در سیستم سیال.
مستندسازی: ثبت تمام پارامترهای QC، از جمله ولتاژهای PMT، نرخ جریان، و نتایج مهرههای کنترل در دفترچه ثبت روزانه.
تفسیر و گزارش نهایی نتایج بالینی
تفسیر فلوسایتومتری نیازمند دانش عمیق در مورد ایمونولوژی سلولی و الگوهای بیماریشناختی است.
۱. ارزیابی اولیه دادهها
پس از اعمال گیتهای صحیح بر روی لنفوسیتها، مونوسیتها و گرانولوسیتها، ارزیابی پارامترهای پایه انجام میشود:
آیا درصد سلولهای مرده (مثلاً $\text{PI}^+$) بیش از حد مجاز است؟
آیا کل جمعیتهای اصلی (FSC/SSC) به درستی تفکیک شدهاند؟
آیا شدت فلورسانس (MFI) در کنترلها منطبق با روزهای قبل است؟
۲. تحلیل ایمونوفنوتیپینگ
تحلیل بر اساس ترکیب مارکرها صورت میگیرد:
تشخیص کلونال بودن: در بیماریهایی مانند لنفوم یا لوکمی، حضور یک جمعیت سلولی با فنوتیپ غیرطبیعی و یکنواخت (مثلاً کلونال بودن زنجیره سبک Kappa بر Lambda در CLL) اهمیت تشخیصی دارد.
بیان مارکرهای بلوغ: مقایسه الگوی بیان مارکرها (مانند CD34) با مراحل نرمال بلوغ سلولی.
۳. گزارشدهی
گزارش نهایی باید جامع و شفاف باشد و شامل موارد زیر باشد:
مشخصات بیمار و تاریخ نمونهگیری.
پنل آنتیبادیها و فلوروکرومهای استفادهشده.
نتایج کمی: درصد سلولها در هر گیت (به عنوان مثال، درصد $\text{CD3}^+\text{CD4}^+$ در کل لنفوسیتها).
تفسیر بالینی: توضیح معنیدار بودن یافتهها در ارتباط با تشخیص یا پایش بیماری.
مثال گزارش PNH: “کل جمعیت اریتروسیتها (Gate R1) مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس آنالیز FLAER و CD59، نسبت کلون PNH به شرح زیر است: $\text{FLAER}^-$ معادل $1.2%$ از اریتروسیتها و $\text{CD59}^-$ معادل $0.9%$ از اریتروسیتها مشاهده شد. این یافته قویاً مطرح کننده PNH اکتسابی است.”
محدودیتها و چالشهای عملیاتی
با وجود قدرت بالای فلوسایتومتری، چالشهایی وجود دارد که میتواند بر صحت نتایج تأثیر بگذارد:
تغییرات نمونه (Pre-analytical Variables): همانطور که ذکر شد، تأخیر در پردازش، دمای نامناسب یا هماتواکوژی نامناسب (مانند وجود لختهها) نتایج را به شدت تحت تأثیر قرار میدهد.
سلولهای مرده: وجود سلولهای مرده در نمونه، به دلیل انتشار غیر اختصاصی آنتیبادیها به داخل سلولهای آسیبدیده، میتواند منجر به نتایج مثبت کاذب شود.
پدیده Compensation: اگر جبرانسازی به درستی انجام نشود، تفسیر دقیق جمعیتهای با بیان متوسط دو فلوروکروم نزدیک به هم غیرممکن میشود.
تغییرات بیولوژیک: برخی داروها (مانند کورتیکواستروئیدها) میتوانند باعث جابهجایی موقت سلولها از خون محیطی به بافتها شوند، که این امر بر نتایج شمارش تأثیر میگذارد.
سوالات متداول (FAQ)
۱. آیا میتوان فلوسایتومتری را بر روی نمونههای منجمد انجام داد؟
انجام فلوسایتومتری بر روی نمونههای منجمد (به ویژه برای سنجش مارکرهای سطحی حساس) به طور کلی توصیه نمیشود، زیرا چرخه انجماد/ذوب باعث آسیب به غشای سلولی و از دست رفتن آنتیژنهای سطحی میشود.
۲. تفاوت اصلی بین CBC (شمارش کامل خون) و فلوسایتومتری چیست؟
CBC صرفاً تعداد، اندازه و مورفولوژی سلولها را بر اساس اصول فیزیکی شمارش میکند. فلوسایتومتری علاوه بر این، مشخصات بیوشیمیایی و ایمونولوژیک (فنوتیپ آنتیژنی) را در سطح تکسلولی تعیین میکند و میتواند جمعیتهای نادر را آشکار سازد.
۳. چرا از رنگهای زنده/مرده استفاده میکنیم؟
سلولهای مرده یا آسیبدیده نفوذپذیری غشای خود را از دست میدهند. رنگهای فلورسنت مانند PI به راحتی وارد این سلولها شده و باعث اتصال به DNA و تولید سیگنال قوی میشوند، در حالی که در سلولهای زنده فعالانه توسط پمپهای غشایی خارج میشوند، لذا تفکیک آنها ضروری است.
۴. در تشخیص سرطان خون، فلوسایتومتری بهتر است یا سیتوژنتیک؟
این دو روش مکمل یکدیگر هستند. فلوسایتومتری فنوتیپ سلول و درجه بلوغ را مشخص میکند و برای پایش MRD حیاتی است. سیتوژنتیک و تکنیکهای مولکولی (مانند FISH) تغییرات کروموزومی و جهشهای ژنی خاص را شناسایی میکنند که برای طبقهبندی پیشآگهی (Prognosis) ضروری هستند.
نتیجهگیری
فلوسایتومتری خون به عنوان یک تکنیک چندپارامتری بسیار حساس، جایگاهی غیرقابل جایگزین در تشخیص، طبقهبندی و پایش بیماریهای خون و سیستم ایمنی دارد. توانایی این روش در تحلیل همزمان خصوصیات مورفولوژیک، آنتیژنی و عملکردی، آن را به ابزاری کلیدی برای دستیابی به تشخیصهای دقیق و طراحی درمانهای هدفمند تبدیل کرده است. موفقیت در این حوزه ارتباط تنگاتنگی با پایبندی دقیق به پروتکلهای استاندارد پیش از آنالیز و اجرای مستمر و دقیق برنامههای کنترل کیفیت دارد.
منابع منتخب
Shapiro HM. Practical Flow Cytometry, 5th ed. Wiley, 2022.
Organization, World Health. WHO Guidelines for HIV Testing and Treatment. Geneva, 2022.
European LeukemiaNet (ELN) Recommendations for Minimal Residual Disease Monitoring in Acute Lymphoblastic Leukemia, 2023 Update.
Kussick SJ. The Essential Guide to Flow Cytometry: A Textbook for Students and Clinicians. 2nd ed. 2019.
International Consensus Criteria for the Classification of Myelodysplastic Syndromes (MDS) and AML with low-level Myeloid Blasts, 2022.
فایل تکمیلی پیشنهادی
برای دریافت چکلیست پیشتحلیلی استاندارد، پروتکلهای گیتینگ برای پنلهای رایج و نکات تخصصی تنظیم Compensation:
👉 دانلود چکلیست و پنل آموزشی فلوسایتومتری
3 دیدگاه ها
مثل همیشه مطالب خوب و با کیفیت میزارید
ممنون از شما و سایت خوبتون
ممنون میشم اگر دوره خوبی در مورد فلوسایتومتری می شناسید معرفی کنید، با تشکر
ممنون از سایت خوبتون