Den masse cytometri (eller CyTOF for Cytometry af Time of Flight) er en metode analog med flowcytometri at analysere cellepopulationer. Ligesom flowcytometri er massecytometri afhængig af den specifikke mærkning af celleantigener med monoklonale antistoffer . Men i modsætning til flowcytometri, er disse antistoffer koblet til ikke-radioaktive tungmetal isotoper (i stedet for fluorokromer ) som detekteres ved massespektrometri (i stedet for fotomultiplikatorrør ). Anvendelsen af isotoper gør det således muligt at overvinde begrænsningerne forbundet med autofluorescens eller til spektral overlapning og derfor detektere et større antal antigener end i flowcytometri.
Et massecytometer kan teoretisk detektere 135 forskellige isotoper med atommasser, der spænder fra 75 til 209 Da. I praksis er antallet af isotoper, der kan anvendes i massecytometri, begrænset til 50, på den ene side fordi det er nødvendigt at bruge udelukkende ikke-cellulære isotoper og på den anden side fordi antallet af tilstrækkeligt rene isotoper er begrænset. Den lanthanid familie bruges især i masse cytometri, ikke kun fordi flere isotoper af denne familie er tilgængelige med en renhed på over 95%, og disse metaller er ikke til stede i celler, men også fordi metallerne i denne familie familie har meget lignende kemiske egenskaber til hinanden. Isotoperne koblet til polymerer kan konjugeres til antistofferne ved delvis reduktion af disulfidbroer, hvilket tillader kobling af en maleimidgruppe på polymererne til cystein-SH-grupper på antistofferne. Disse antistoffer kan derefter bruges til at mærke celler på samme måde som i flowcytometri. Derudover kan celler også mærkes med cisplatin for at vurdere deres levedygtighed og med et molekyle, der interkaleres i DNA for at detektere celler uafhængigt af deres mærkning med anticorp.
Cellerne passerer gennem en forstøver, der danner en sky af dråber, der hver indeholder en enkelt celle. Disse dråber ioniseres derefter af et plasma, der genererer skyer af ioner, der omfatter isotoper associeret med antistofferne, men også forskellige atomer, der kommer fra cellerne (kulstof, nitrogen og ilt). Passagen af ionskyer gennem en quadrupole gør det muligt at fjerne de fleste af de cellulære atomelementer og kun holde de tunge isotoper (> 100 Da), som derefter adskilles i flyvekammeret og analyseres i overensstemmelse hermed. Af deres atommasse til opladningsforhold .
Som med flowcytometri gør massecytometri det muligt at identificere nøjagtige cellepopulationer inden for en heterogen blanding af celler og at knytte en eller flere cellepopulationer til en given fænotype. Imidlertid tillader mængden af parametre målt ved massecytometri ikke pålidelig manuel analyse. Især svarer antallet af målte parametre til så mange dimensioner, og analysen kommer op på problemet med dimensionens svøbe . For at omgå dette problem involverer klassiske massecytometri-analyser brugen af forskellige algoritmer. For det første projicerer dimensionreduktionen informationen for hver celle på to dimensioner (eller mere afhængigt af algoritmerne) i henhold til ekspressionen af hver markør, hvilket giver en første forenklet visualisering af den samlede heterogenitet af de undersøgte cellepopulationer. Forskellige algoritmer gør det også muligt at bestemme (før eller efter dimensionreduktion) grupperne (klynger eller klynger) for forskellige cellepopulationer.
En af begrænsningerne ved flowcytometri ligger især i det faktum, at antistofferne er koblet til fluorokromer, hvis emissionsspektre overlapper hinanden. Dette fænomen, kaldet spektral overlapning, kræver både at begrænse påvisningen af bølgelængderne, der udsendes af fluorokromerne ved hjælp af optiske filtre placeret opstrøms for fotomultiplikatorrørene , og også at udføre en matematisk korrektion af den resterende spektrale overlapning. I massecytometri er antistofferne koblet til tungmetalisotoper, som næppe udviser nogen spektral overlapning, hvilket gør det muligt at bruge et større antal antistoffer (og derfor detektere et større antal forskellige antigener). Selvom antallet af antistoffer, der kan anvendes samtidigt i flowcytometri, varierer fra 8 til 25, er det således muligt at bruge op til 40 forskellige antistoffer i massecytometri.
Mens flowcytometri kan bestemme størrelsen og granuløsiteten af celler (henholdsvis FSC- og SSC-parametre), er dette ikke direkte muligt i massecytometri.
Massecytometri involverer nedbrydning af celler og tillader derfor ikke sortering i henhold til de målte parametre. På den anden side indebærer denne nedbrydning et tab af startcellepopulationen (næsten 50% af startcellepopulationen analyseres) og kompromitterer således muligheden for at analysere meget sjældne cellepopulationer.
Erhvervelse af celler på et massecytometer er langsommere end på et flowcytometer. Til sammenligning kan et flowcytometer erhverve mellem 2.000 og 20.000 celler i sekundet, mens et massecytometer kun kan erhverve 200 til 300 celler i sekundet. Den nødvendige tid til at erhverve det samme antal celler er derfor større i massecytometri end i flowcytometri. For at undgå signalændring på grund af tabet af følsomhed af massecytometret under en erhvervelse tilsættes polystyrenperler til blandingen af celler inden erhvervelse for at normalisere signalet.
Koblingen af antistofferne til isotoperne udføres af en polymer, som kun tillader, at et antistof associeres med et maksimum på 100 isotoper. Intensiteten af signalet, der svarer til antistofferne koblet til lanthanider, er således lavere end for de fleste fluorokromer, der traditionelt anvendes i flowcytometri og kan derfor påvirke påvisningen af svagt udtrykte antigener.
Massecytometri sammen med enkeltcellsekventering er blevet anvendt til at undersøge heterogeniteten af immuncellepopulationer, der hidtil blev anset for at være relativt homogen. Denne tilgang er især blevet anvendt til undersøgelse af myeloide celler, T-lymfocytter eller medfødte lymfoide celler .
Udover celle heterogenitet er massecytometri blevet brugt til bedre at karakterisere ontogenesen af dendritiske celler. Massecytometri har også gjort det muligt at identificere en undertype af dendritiske celler, der bidrager til undertrykkelse af overdreven immunrespons i fosteret eller at karakterisere immuncellerne til stede i musens centralnervesystem og til at bestemme de ændringer, der er forbundet med aldringen eller autoimmunitet (ved hjælp af den eksperimentelle musemodel af multipel sklerose).
Endelig er massecytometri blevet anvendt til at identificere cellepopulationer associeret med patologier såsom cøliaki og Crohns sygdom og i nyrekræft.