【摘要】 因此，它可以在不牺牲灵敏度和空间分辨率的情况下实现 >10,000 cells s−1 的单细胞高通量 IFC。

在过去的十年中，成像流式细胞术 (IFC)通过提供传统流式细胞术无法实现的功能，为生物和医学研究打开了新的窗口。 IFC 提供每个事件（例如细胞、细胞簇、碎片）的定量图像数据，允许对大型异质群体中的单个细胞进行形态学表征，并进一步增进我们对细胞异质性的理解。

 

此外，IFC 用户可以轻松使用流式细胞术中的传统数字分析工具（例如直方图和散点图），但通过图像数据可以获取更丰富的有关所采集事件的信息。

 

IFC 产生的大数据的可用性很好地满足了对不断扩大的生物医学数据集的迫切需求，以便借助机器学习（例如深度学习）进行高效、准确的数据分析，从而在生物医学研究和临床诊断中做出更好的决策，最近的研究表明，IFC 对于蛋白质、核酸和肽等特定分子的定位和计数、细胞间相互作用和细胞周期的分析、DNA 损伤和修复的表以及荧光原位杂交 (FISH)凭借流式细胞术和荧光显微镜的综合优点，成像流式细胞术（IFC）已成为癌症生物学、微生物学、免疫学、血液学和干细胞生物学等不同生物医学领域的细胞分析工具。

 

然而，IFC 的性能和实用性受到吞吐量、灵敏度和空间分辨率之间基本权衡的严重限制。在这里，我们提出了一种光机械成像方法，该方法通过虚拟地冻结图像传感器上流动细胞的运动来克服这种权衡，从而有效地实现显微级荧光图像采集的曝光时间延长 1000 倍。

 

因此，它可以在不牺牲灵敏度和空间分辨率的情况下实现 >10,000 cells s−1 的单细胞高通量 IFC。大量信息丰富的荧光细胞图像的可用性允许通过深度学习进行高维统计分析和准确分类，正如我们在血液学和微生物学中的独特应用的演示所证明的那样。

图1 E. gracilis 细胞的高通量、高内涵筛选。 a 氮充足 (+N) 和氮缺乏 (−N) E 的荧光图像b 每个细胞的平均液滴面积中 E. gracilis 细胞的直方图（每组 n = 7499）。c 每个细胞的细胞内脂滴数量的 E. gracilis 细胞直方图【1】

 

如图1a 所示，VIFFI 流式细胞仪能够对大量大肠杆菌进行高通量单细胞成像。两种培养条件（氮充足和缺氮）下的 gracilis 细胞。

 

在这里，缺氮是一种已知会诱发微藻（包括大肠杆菌）的环境胁迫条件。gracilis在细胞体内积累脂质。从获得的高分辨率、高信噪比图像中，我们能够定位和计数细胞内脂滴并量化其面积（图1b、c，基于 CNN 的分类结果参见补充图 12），精度低于 1 µm分辨率和 100 nm 精度。

 

这些结果表明，虽然两种培养物之间每个细胞的平均脂滴面积没有显着差异，但它们之间每个细胞的脂滴数量的分布存在明显差异。

 

此外，我们发现细胞群的异质性程度与它们之间的总体分离相当甚至更大。此外，获得的图像表明细胞内脂滴积累发生不均匀，这在氮充足条件下的细胞中更为突出。这些结果为了解 E. gracilis 的脂质生物合成以及有效的代谢工程提供了重要的见解。

 

【1】Mikami H, Kawaguchi M, Huang C J, et al. Virtual-freezing fluorescence imaging flow cytometry[J]. Nature communications, 2020, 11(1): 1162.

 

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