Science Focus ( Issue 21)

想像一下：你面前有 500 個印有編號的 小球。如果要你在一秒鐘內選出所有偶數的 小球，你會怎麼辦？再複雜一點，如果球的大 小只有 0.01 毫米，比頭髮的寬度還小呢？你 會從何著手識別和分類這些小球？這聽起來 是個棘手的問題，對嗎？在現實中，生物學家 經常都要處理同樣的難題，只是他們不是在處 理小球，而是在處理細胞。我們每個器官都由許 多不同類型的細胞組成，如果我們只想研究其 中一種類型的細胞，那該怎麼辦？第一步就是將器 官分解成單個細胞，然後「挑選」所需的細胞。生物學 家在 1960 年代後期就這道難題給出了一個巧妙的解答： 流式細胞技術（flow cytometry）[1]。 在我們解釋流式細胞技術的原理之前，我們首先要認識所討論的目標 — 細 胞。就像每個人都具有獨特的識別特徵一樣，不同類型的細胞也有自己的特徵。細 胞最簡單的識別特徵是它的相對大小和複雜性：有些細胞比其他的大，也有些有 著更高的內部複雜性（即是具有更多細胞組件，譬如細胞器或顆粒等）。除了細胞 大小和複雜性外，我們還可以以該類細胞傾向產生的蛋白質來識別細胞。這些蛋 白質可以位於細胞表面，也可以像轉基因熒光標記一樣在細胞質內。那麼，只要我 們能夠識別這些特徵，我們就應該能夠識別細胞的類型。舉個例子，我們可以透過 辨認 T 細胞上所表達的表面蛋白是 CD4 還是 CD8 來區分兩種主要的成熟 T 細 胞：輔助T細胞和殺手T細胞（它們又分別稱為CD4+細胞和CD8+細胞）（註一）。 下一個問題，當然，是我們如何識別這些細胞特徵？大小和複雜性可以用激光 來測定（稍後會詳細介紹），但獨特的蛋白質標記是更難辨識的。解決這個問題的 方法就是用上抗體 — 抗體是一種能專一地與特定分子結合的蛋白質。我們可以 選擇一些能夠辨認特定細胞類型表面蛋白的抗體，然後在這些抗體上加上獨特的 熒光團（fluorophore），那是一種能在被激光照射並激發後以更長的波長發出熒 光訊號的化合物。科學家因此可以先利用這些與熒光團結合的抗體來標記細胞， 然後才應用流式細胞技術識別細胞類型。再以成熟 T 細胞為例，經過改造而帶有 熒光團的抗體可以與細胞表面的CD8蛋白結合，從而把CD8+細胞（殺手 T 細胞） 「染色」。在激光激發下，熒光團會發出獨特的熒光信號，使 CD8+細胞可以從其 他細胞類型當中被區分出來。 正如前文所討論的，科學家靠細胞表面或細胞質內的獨特標記來識別特定類 型的細胞。了解到這些背景知識後，我們現在可以開始介紹流式細胞技術的過程。 首先，將生物樣本以單細胞懸浮液的形式（即在培養液中自由漂浮的單細胞；如果 是組織中連接著的細胞則需要先被分離）載入流式細胞儀。然後將懸浮液聚焦成 單一液體流，就像水從水龍頭以單一水柱的形式流出一樣，細胞隨即會被排列成 單行，一個一個地通過激光陣列，感應器陣列會偵測所有產生的信號。激光束中的