流式细胞仪行业研究作者：琉筠摘要：流式细胞分析，测量液相中悬浮细胞或微粒的一种现代分析技术
流式细胞仪则是对细胞进行自动分析和分选的装置
本报告从流式细胞仪的历史、分类、原理、应用、市场、品牌及产品等方面进行论述
本期行业研究正文共7065字，全文阅读时间约12分钟1 流式细胞仪的发展历史1930年，Casperrsson和Thorell开始致力于细胞的计数；1934年，Moldaven是世界上最早设想使细胞检测自动化的人；1953年，贝克曼库尔特推出了世界上第一台流式细胞仪
1972年，Herzenberg研制出一个细胞分选器的改进型，能够检测出经荧光标记抗体染色的细胞的较弱的荧光信号；1973年，BD公司与美国斯坦福大学合作，推出了世界上第一台商用流式细胞仪FACSⅠ
20世纪80年代初期，最早的三色流式细胞仪出现；到了20世纪90年代中期，出现了四色流式，随之，立即出现了补偿问题
在2002年，贝克曼公司推出了Cytomics™ FC 500 流式细胞分析仪，它具有双激光5色，用于临床研究市场；2003年，贝克曼公司新增 FC 500 MPL 和 CXP 版本分别用于研究和临床使用；2007 BD推出FACSCantoll系统，实现多至8色荧光分析和干细胞SP检测；2008 BD推出升级型流式细胞分选仪BD FACSAria II；至今，可检测荧光参数数量已经稳定增加到27～30色
后续又出现了质谱流式技术，质谱流式技术还处于起步阶段，美国DVS Sciences公司研发的质谱流式细胞仪已经发展到第二代，即CyTOF2 质谱流式细胞仪；富鲁达公司也推出了自己的质谱流式细胞仪产品；在国内，这一技术尚属空白，东胜创新正在进行相关的技术推广
2 流式细胞仪分类及其工作原理按照检测系统的差异可将流式细胞仪分为光谱流式细胞仪和质谱流式细胞仪
2.1 光谱流式细胞仪的工作原理常规流式细胞仪主要由4部分组成：液流系统、光学系统、电子系统、分析系统
它只能检测悬浮的单细胞或微粒的信号
一般是将待测细胞或微粒进行荧光染色后制成悬液标本，在一定气体压力下将待测样品压入流动室，用不含细胞或微粒的缓冲液（又称鞘液）在高压下从鞘液管喷出，鞘液管入口方向与待测细胞或微粒流成一定角度，使鞘液包绕着细胞或微粒高速流动，形成一个圆形的流束（即鞘流），待测细胞在鞘液的包裹下单行排列，依次通过流式细胞仪的检测区域，经激发光激发后产生荧光信号
流式细胞仪通常以激光作为激发光源，经过聚焦整形后的光束垂直照射在样品流上，被荧光染色的细胞在激光束的照射下产生散射光和激发荧光
光谱流式细胞仪基本原理示意图（资料来源：流式中文网）荧光信号的接收方向与激光束垂直，经过一系列双色性反射镜和带通滤光片的分离，形成多个不同波长的荧光信号
这些荧光信号的强度代表所测细胞膜表面的强度或其细胞内、核内物质的浓度，经光电倍增管/PMT阵列接收后可转换为电信号，再通过模/数转换器，将连续的电信号转换为可被计算机识别的数字信号
流式细胞仪还可以对分析中的目的细胞进行分选提取，它通过分离含有单细胞的液滴而实现的
在流动室的喷嘴上安装有超高频的压电晶体，可以产生高频振荡，使液流断裂为均匀的液滴，待测细胞就包含在液滴之中
将这些液滴充上正或负电荷，当带电液滴通过电场,在电场的作用下发生偏转，然后落入相应的收集器之中，从而实现细胞分选
2.2 质谱流式细胞仪的工作原理质谱流式细胞仪是将采用金属元素标记物（通常是金属元素标记的特异抗体或者染料）标记或识别细胞表面和内部的信号分子，然后用光谱流式细胞仪原理分离单个细胞，再用感应耦合等离子质谱（ICP-MS）观察单个细胞的原子质量谱，最后将原子质量谱的数据转换为细胞表面和内部的信号分子数据，并通过专业分析软件对获得的数据进行分析，从而实现对细胞表型和信号网络的精细观察
如图中所示，用金属标签抗体标记的细胞进入质谱流式细胞仪后，逐个通过ICP质谱检测装置，然后对每个细胞中各种金属标签进行定量检测，进而得知每个细胞中各目标蛋白的含量
质谱流式细胞仪原理示意图（资料来源：百度百科）2.3 不同类别流式细胞仪的比较质谱流式细胞仪与光谱流式细胞仪相比，主要有两点不同：一、标签系统的不同，前者主要使用各种荧光基团作为抗体的标签，后者则使用各种金属元素作为标签；二、检测系统的不同，前者使用激光器和光电倍增管作为检测手段，而后者使用ICP质谱技术作为检测手段
不同类别流式细胞仪的比较（资料来源：百度百科，流式中文网）2.4 流式细胞仪的技术优势流式细胞术能够快速测定单个细胞或细胞器的生物学性质，并把特定的细胞或细胞器从群体中加以分类收集
与传统的仪器相比，具有测量速度快和高通量的特点，可进行多参数测量，其既能进行细胞分析，又能精确的分选细胞
流式细胞仪的技术优势（资料来源：医疗器械融资网）3 流式细胞仪的应用3.1科研应用3.1.1 细胞结构研究方面的应用流式细胞仪在细胞结构方面的应用主要包括测定细胞的大小、颗粒度、表面积、核浆比、DNA含量与细胞周期、RNA含量、蛋白含量等
细胞周期检测：流式中常用碘化丙啶（PI）与DNA结合，其荧光强度与DNA含量成正比，进而反映细胞的增殖状态
细胞凋亡检测：利用Annexin-V能与PS高亲和力结合的能力，可以区别凋亡及坏死细胞，因此使用结合FITC的Annexin-V和PI，就可以区分存活的早期细胞和坏死或晚期凋亡细胞
3.1.2 细胞功能研究方面的应用流式细胞仪在细胞功能研究方面，也应用广泛，如细胞表面（胞浆和核的）特异性抗原、细胞的活性、细胞内外因子、激素结合位点、细胞受体、蛋白质磷酸化、PH值、钙离子浓度等
淋巴细胞及其亚群分析：流式细胞仪可同时检测一种或几种淋巴细胞表面抗原
如利用细胞特异性表面标记和分泌的细胞因子等划分细胞亚群，可以研究不同情况下机体的免疫状态及特定细胞群体的免疫功能
3.2临床应用3.2.1 临床细胞免疫中的作用正常人群淋巴细胞T4/T8比值大约为2∶1，但在人体细胞免疫力低下时可出现比例倒置
用FCM还可以监测肾移植后病人的肾排斥反应，如果T4/T8比例倒置，病人预后良好，较少发生肾排异现象；反之排异危险性增加
同样此种测定技术也用于艾滋病的诊断和治疗中
3.2.2 血液病诊断和治疗中的应用白血病的诊断和治疗：各种血细胞系统都具有其独特的抗原，当形态学检查难以区别时，免疫表型参数对各种急性白血病的诊断和鉴别诊断有决定性作用
利用FCM可以测定出血细胞表达各种抗原的水平，协助临床确诊
同其它肿瘤的治疗一样，测定DNA倍体和进行细胞周期分析对指导白血病化疗有一定作用，不同的白血病患者或同一患者在不同病期白血病细胞增殖状况不同，定期了解细胞增殖情况采取相应药物可以提高疗效
目前临床除化疗药物治疗外还采用造血干细胞移植技术治疗急性白血病和一些疑难性疾病
FCM通过对人白细胞抗原(HLA)配型的测定可以为异体干细胞移植病人选择出最合适的供体
FCM测定CD34、HLA-DR、CD33等细胞表面标志物，成为干细胞移植技术重要的监测手段
用FCM检测一系列指标观察病人的恢复状态，可以对预后做出早期的判断
网织红细胞的测定及临床应用：网织红细胞计数是反映骨髓造血功能的重要指标，FCM通过某些荧光染料(吖啶橙、噻唑橙等)与红细胞中RNA结合，定量测定网织红细胞中RNA，得到网织红细胞占成熟红细胞的百分比
为干细胞移植术后恢复的判断、贫血的治疗监测、肿瘤病人放化疗对骨髓的抑制状况等提供了依据
其它种类血液病的诊断和治疗监测：阵发性睡眠性血红蛋白尿症是一种造血干细胞克隆病，细胞CD55、CD59抗原表达减低是该病的一个特点
该抗原属于血细胞表面磷脂酰肌醇锚连蛋白家族，是重要的补体调节蛋白，它通过与补体C8、C9的结合以阻止补体膜攻击复合物的形成，从而抑制细胞被补体激活溶解
3.2.3 肿瘤学中的应用这是FCM在临床医学中应用最早的一个领域
首先需要把实体瘤组织解聚、分散制备成单细胞悬液，用荧光染料(碘化吡啶PI)染色后对细胞的DNA含量进行分析，将不易区分的群体细胞分成三个亚群(G1期，S期和G2期)，DNA含量直接代表细胞的倍体状态，非倍体细胞与肿瘤恶性程度有关
发现癌前病变，协助肿瘤早期诊断：人体正常的体细胞均具有比较稳定的DNA二倍体含量
FCM可精确定量DNA含量的改变，作为诊断癌前病变发展至癌变中的一个有价值的标志，能对癌前病变的性质及发展趋势作出估价，有助于癌变的早期诊断
在肿瘤的诊断、预后判断和治疗中的作用：FCM在肿瘤诊断中的重要作用已经被认可，DNA非整倍体细胞峰的存在可为肿瘤诊断提供有力的依据
FCM不仅可对恶性肿瘤DNA含量进行分析，还可根据化疗过程中肿瘤DNA分布直方图的变化去评估疗效，了解细胞动力学变化
临床医师可以根据细胞周期各时相的分布情况，依据化疗药物对细胞动力学的干扰理论，设计最佳的治疗方案
3.2.4 血栓与出血性疾病中的应用血小板功能的测定：正常情况下血小板以分散状态在血管内运行，但当血管损伤、血流改变或受到化学物质刺激时血小板被活化而发生一系列改变
由于血小板的活化程度可由血小板膜糖蛋白表达水平的高低来判断，FCM测定血小板膜糖蛋白的表达情况成为检查血小板功能的一种新手段
血小板相关抗体的测定：免疫性血小板减少性紫癜病人血浆中可产生血小板自身抗体，结合在血小板表面，称为血小板相关抗体，其分子可以是IgG、IgA或IgM，用羊抗人IgG、IgA、IgM荧光抗体标记被测血小板，FCM可以测定血小板相关抗体含量
4 流式细胞仪国内市场分析近些年中国流式细胞仪不仅数量和种类增加，也出现了不少自产的流式细胞仪
目前国产流式细胞仪以双激光居多，为分析型机器，还没有分选型仪器上市
相比全球流式细胞仪市场多色普遍化、机型随应用领域细分、机械化量等新特点，我国流式细胞仪市场还有很大的发展空间
4.1 流式细胞仪国内市场截至2019年，据估计全球流式细胞仪的市场约36亿美元，其中科研应用市场规模约16亿美元，年增长率低于10%，临床应用市场规模约20亿美元，年增长率大于10%；而国内市场12亿元，其中科研应用市场规模和临床应用市场规模相当，年增长率大于10%，未来市场容量很大
4.2 流式细胞仪国内市场整合情况国际血液分析巨头Sysmex公司2013年收购了老牌的流式公司Partec
Beckman Coulter于2014年收购了国产首家流式细胞技术公司-苏州赛景生物；2018年5月，中科院苏州医工所研发团队将开发的流式细胞仪的所有相关技术成果全部转换至中生(苏州)医疗科技有限公司；2018年9月25日安捷伦宣布以2.5亿美元的现金收购国产流式细胞仪制造商——艾森生物(ACEA)；2019年1月，Luminex完成对默克的流式细胞仪产品组合的收购；2019年2月18日，深圳市达科为生物技术股份有限公司与常州必达科生物科技有限公司宣布共同开发、合作推出Exflow品牌国产流式细胞仪产品
目前市场上的流式细胞仪主要由国外企业生产，主要企业是Beckman、BD、Thermofisher以及Merck等，国内较有竞争力的厂家是迈瑞医疗、艾森生物(被安捷伦收购)、重庆博奥、苏州中生等
4.3 流式细胞仪国内市场分布4.3.1 流式细胞仪国内市场价位分布由流式细胞仪中标价位分布图可知，价格区间为100万以下的占主体地位，占比为43.75 %，价格区间100-200万的占比31.0 5%，200-300万的占比12.20 %
由此看出，我国国内市场仍偏好中低端流式细胞仪
流式细胞仪中标价位分布（2018 & 2019年）（资料来源：仪器信息网）4.3.3 流式细胞仪国内市场用户类型分布全年流式细胞仪中标用户单位类型分布（2018 & 2019年）（资料来源：仪器信息网）据统计，2018年全年流式细胞仪中标用户单位类型中，高校和科研院所为购买主力军，占比58.4 %
医院占比36.45 %，而政府只占3.8 %
以上数据说明，我国国内流式细胞仪的市场主要集中于科研院所和医院
4.3.4 流式细胞仪国内市场品牌分布流式细胞仪中标厂商分布（2018 & 2019年）（资料来源：仪器信息网）从厂商分布图中可以看出，美国BD与贝克曼库尔特依旧占据流式细胞仪市场主要份额，其中BD占比为53.90 %，贝克曼占比25.40 %；紧跟其后的是国产厂商迈瑞医疗，占比7.65 %；排名第四的是安捷伦艾森，占比为5.6 %
Luminex、赛默飞世尔、富鲁达、Cytek各占比为2.00 %、1.30 %、0.90 %与1.40 %
已在NMPA注册的流式细胞仪产品（截至2020年3月，共17个）（资料来源：NMPA）从上图可以看出，在流式细胞仪注册获批数量上，BD公司依然抢眼，有5个流式细胞仪产品注册获批；毋庸置疑，其在临床应用市场也占据着绝对的领先地位，紧随其后的依然是贝克曼，有2个流式细胞仪产品注册获批
国产厂商共有6个产品注册获批，在流式细胞仪的临床应用市场也占据一席之地
国内流式细胞仪市场主要厂商（资料来源：仪器信息网，流式中文网，必应搜索，百度百科，NMPA）5. 流式细胞仪市场竞争产品根据仪器信息网和分析测试网的数据以及流式细胞仪的细分市场，对流式细胞仪市场的主要产品进行进一步分析
5.1 科研应用市场随着流式细胞仪的市场竞争日趋激烈，各大厂家均推出了高性价比和定制化的流式细胞仪产品，来增加市场占有率
5.1.1 国外产品BD Accuri C6生产厂商：BD产品简介：是一款触手可及的流式细胞仪
超高性价比，小巧的体积，低消耗，稳定，简单易用，超高动态范围
检测通道：双激光4色；检测通量：1000000个/秒Attune NxT生产厂商：赛默飞世尔产品简介：是市面上唯一一款具有声波聚焦专利技术的流式细胞仪，其液流系统采用独有的声波辅助流体动力学双重聚焦，是一款性价比非常高的流式细胞仪
检测通道包括4激光14色；检测通量：65000个/秒
5.1.2 国产产品EasyCell生产厂商：唯公科技产品简介：产品具有高灵敏度荧光检出限，高灵敏度侧向角散射光检出限，高速信号处理能力等一系列特点，保证系统的稳定性
检测通道：双激光6色
ZS-AE7S生产厂商：中生医疗产品简介：采用双侧荧光信号收集结构设计，有效提高荧光信号的灵敏度；采用新型的APD（具备单光子检测能力）探测器替代传统的PMT探测器，荧光线性得到了很大提升；拥有可视化的荧光补偿工具，支持自动在线补偿，离线补偿，方便初学者上手
检测通道：单激光5色
5.2 临床应用市场随着精准医疗的不断推崇，临床医学对流式细胞仪的需求也日益增强，各大厂商纷纷向NMPA申请，以期望迅速占据临床应用市场，目前，NMPA已经审批注册17个流式细胞仪产品
5.2.1 国外产品FACSCalibur生产厂商：BD产品简介：可同时应用于细胞分析和分选
自动化程度高，配备一系列自动化的检测和分析软件；其检测时采用双粘体辨别模式，确保DNA分析的准确性；自动化程度高，配备一系列自动化的检测和分析软件
检测通道：双激光4色；检测通量：10000个/秒
DxFLEX生产厂商：贝克曼库尔特产品简介：该仪器可搭载高通量自动进样器及板式进样器，提高工作效率，减少人为错误
卓越的灵敏度和易用的软件使得流式技术更加普及，自动的质控和标准化功能使操作更规范，结果更准确
检测通道：3激光13色
5.2.2 国产产品BriCyte E6生产厂商：迈瑞医疗产品简介：最大优势是全中文的软件操作界面，操作流程符合临床检验科室常规检测项目的操作习惯
BriCyte E6 具有双激光四色、双激光五色和双激光六色等配置，便于用户灵活选择荧光素，开展流式检测项目
另外该仪器提供淋巴细胞亚群四色分析和HLA-B27双色分析的自动化软件
Cytonova生产厂商：博奥新景产品简介：该仪器具备多种配置，采用固定光路设计，极大简化了维护和校准仪器的步骤，采用高功率固态激光器，智能控温，功率稳定，使用寿命长，可提供稳定可靠的光斑质量
检测通道：双激光6色
6 结语随着免疫治疗，特别是CAR-T细胞治疗和PD-1等单克隆抗体治疗在国内外生物制药领域的崛起，作为免疫分型金标准的流式细胞术成为了重要的检测和质控手段
此外，流式细胞术在这些新兴领域如海洋生物、植物、微生物、乳品及啤酒酿造等领域的应用也逐渐铺开
预计未来几年国内的流式市场有望保持快速增长
目前，国产品牌凭借价格优势和政策支持获得了二级及以下基层医疗机构较高的市场份额，而三级医院则仍然以进口仪器为主
随着社会老龄化的加重和国产化替代的一系列政策出台，国产厂商的市场环境在变好；但各类细胞疗法和免疫疗法在临床上尚未广泛应用开来
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