2019年8月11日 星期日

血液化驗室中的「攻擊性武器」


雷射是現代科學技術中必不可少的工具,其功用當然不止於用作「攻擊性武器」雷射槍去燒著報紙吧!事實上,它於工業、通訊、科學及醫學等多個領域都有很多的應用。上年的諾貝爾物理學獎──科學界成就的最高指標──也都是頒給了三位研究雷射技術的科學家,可想而知這是一個多麼重要的技術呢。

在史丹福工作的血液學領域中,雷射同樣是不可或缺的,例如流式細胞(flow cytometry)技術就可以幫助醫生診斷中各種奇難雜症。

流式細胞技術簡單來說就是利用雷射去檢測細胞的特性。流式細胞儀分為3個主要部分,分別是液流系統、光學系統及電腦系統。

液流系統會利用流體力學的方法把液體樣本中的細胞排成單行,一粒一粒地穿過雷射,好讓電腦系統可以一粒一粒地分析細胞的特性。

光學系統是流式細胞儀的核心部分,它發射雷射穿過細胞,然後透過細胞散射出的光去分析細胞的特性。細胞越大,散射向前方的光就會越強,我們稱之為前向散射(forward scatter)。至於散射向側面的光則取決於細胞內部結構的複雜程度,我們稱之為側向散射(side scatter)。舉個例子,單核細胞(monocyte)是白血球中最大的,所以在被雷射照射後產生的前向散射會最強。又例如嗜中性白血球(neutrophil)的細胞核分成多節,而且細胞質中有很多顆粒,它的內部結構是眾多白血球中最複雜的,所以它在被雷射照射後產生的側向散射比其他白血球要強。

單是偵測技術散射這個技術本身已經很厲害,但如果再配上特製的帶有螢光染料的抗體,那就更加是如虎添翼了。

每種細胞上都有獨特的抗原標記,如B淋巴細胞有CD19CD20CD22CD79bT淋巴細胞有CD3CD2CD5CD7。這就好像醫生有白袍與醫生工作證,護士有護士工作服與護士工作證。只要知道細胞上的抗原標記,我們就可以知道細胞的真正身份。當然,有一些惡性癌細胞,也會出現異常的抗原標記,這就仿佛像某些職業的人士沒有委任證一樣。

帶有螢光染料的抗體能夠與特定的抗原結合。當細胞接觸到流式細胞儀發射的雷射,染料中的電子就會被激活,令電子去到較高的能量狀態,然後當電子從高的能量狀態回到低的能量狀態,多出來的能量以光的形式釋出。不同的染料會釋出不同波長的光。所以儀器只要分析光的波長,就可以得知細胞上有沒有特定的抗原標記。

最後,電腦系統會把所有資訊整理好,製作成圖表,醫生就可以透過這些圖表分析細胞的特性,從而作出診斷。

以下一個典型的例子:



大家有沒有被那些花花綠綠的點所嚇到?圖表中的每一點都代表一粒細胞。對應X軸的性質,右邊代表強,左邊代表弱;同樣地,對應Y軸的性質,上面代表強,下面代表弱。史丹福也不想把大家嚇壞,大家簡略地看看就好了。因為即使是血液病理科的醫生,都需要多年的訓練才可以準確地分到這些圖表。

簡單來說,史丹福把CD5陽性的B淋巴細胞標記為橙色,它們是異常的惡性癌細胞,因為正常的B淋巴細胞是不會有CD5抗原的。這些細胞就仿似一批有防暴裝備卻沒有委任證的人,是異常的,是惡性的。它們是CD23陽性(圖中沒有顯示),CD79b弱陽性,FMC7陽性,CD43陰性,CD200陽性(圖中沒有顯示),CD38陰性。再加上接近90%都是帶有kappa輕鏈的細胞,絕少帶有lambda輕鏈(圖中沒有顯示)。除了FMC7CD43之外,其他的特徵都都指出這是慢性淋巴性白血病(chronic lymphocytic leukaemia)的細胞。

流式細胞技術在診斷急性白血病及慢性淋巴增殖性疾病時最為有用,因為不同急性白血病中的母細胞(blasts)形態非常相似,同樣地,不同慢性淋巴增殖性疾病中的異常淋巴細胞也甚為相似,我們很難純粹利用顯微鏡下的細胞形態去分辨它們。這時候,流式細胞技術就可以助醫生排憂解困。除了血液癌症外,流式細胞技術也可以用來診斷陣發性夜間血紅素尿症(paroxysmal nocturnal haemoglobinuria,簡稱PNH)及遺傳性球形紅細胞增多症(hereditary spherocytosis)等其他血液科疾病。

資料來源:
Bain, B. J., Lewis, S. M., & Dacie, J. V. S. (2012). Dacie and Lewis practical haematology (11th ed.). [Edinburgh]: Elsevier Churchill Livingstone.

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