美國一流院校流式細胞平臺管理經驗啟示

羅茂國，楊 正，叢 勇，孫立權

（北京理工大學a.生命學院；b.生物與醫學工程公共實驗中心；c.資產與實驗室管理處，北京 100081）

0 引言

重大科研基礎設施是探索自然、突破技術瓶頸、開創科學前沿、推進經濟社會發展革新、保障國家安全的重要基礎［1］。整合各級資源建立大型科技基礎條件平臺，集中建設研究基地，推進大型共享平臺建設，則是實現儀器集中高效管理、促進設備共享、提升資源配置效率、孕育重大成果的切實途徑和有效方法［2］。

如何實現大型共享平臺的高效運行與管理，如何保障物盡其用、人盡其才、資金高效配置，如何擴大公共平臺的開放共享、充分發揮大型儀器在目標導向、問題牽引的科技攻關、面向世界科技前沿的自由探索和面向國家重大需求的有組織科研中的基石作用，是大型共享平臺建設成功與否的關鍵，也是公共平臺管理取得成績的根本。

目前，科學研究深度、廣度不斷延伸，研究領域不斷拓展、深度交叉，大型共享平臺的設備也不斷擴容，發展到子平臺多、功能覆蓋廣、技術內核驅動強的新階段，運營管理難度增加。而平臺整體運營好壞取決于各個子平臺運行是否順暢［3］。本文希望從更具體的角度，用局部到整體的思維，以生命科學中基礎而重要的流式細胞平臺為例，借鑒美國頂尖院校一流流式細胞平臺運營與管理的經驗，為我國大型共享平臺的高效運營與科學管理帶來一些新的啟發和思路。

1 流式細胞平臺的重要性與特點

流式細胞術（Flow Cytometry，FCM）是20 世紀70年代發展起來的高科學技術，它集計算機技術、激光技術、流體力學、細胞化學、細胞免疫學于一體，同時具有細胞/顆粒分析和分選功能。它不僅可測量細胞大小、內部顆粒的性狀，還可檢測細胞表面和細胞質抗原、細胞內DNA、RNA含量等，可對群體細胞在單細胞水平上進行快速、多參數的定性定量分析；也能夠分類收集（分選）某一特定性狀細胞亞群或顆粒。在免疫學、血液學、腫瘤學、藥物學、分子生物學、再生醫學等泛生命學科中具有廣泛應用［4］。國內外開設生命科學學科的高校、從事生命科學相關研究的研究所、醫院、大型企業等，無一例外都配置有1 至多臺流式細胞儀，建立了用于細胞分析和分選的流式細胞平臺。

流式細胞儀作為大型精密儀器，設備貨值大，操作復雜，且所得出的實驗結果往往在說明某一生物學問題或得出某一論斷上具有重要意義，常常成為論文結論的核心支持證據或者新實驗方法的關鍵步驟。因此流式細胞實驗質量控制的嚴格穩定與結果分析的精準就顯得尤為重要。更突出的是，作為實驗成功與否的前提：流式實驗的設計不僅要求實驗者理解實驗本身，也要求其對流式細胞儀的原理和儀器性能配置有清晰的了解。因此，區別于普通儀器，目前國內外流式細胞儀都由專門工作人員進行操作和管理。

鑒于流式細胞儀在現代生命科學研究中的廣泛應用與重要作用，新的流式儀器如質譜流式儀、全光譜流式儀、微流控流式儀、高通量多色分析分選儀等逐漸普及；新的流式技術和方法比如流式成像技術、流式分子細胞術以及集成機器學習和人工智能的流式分析軟件等也極大拓展了流式細胞術的應用［5］。新儀器與新技術的革新對流式細胞平臺的運營與管理提出了更高要求。

2 美國一流院校流式細胞平臺的運營與管理

流式細胞平臺屬于生命科學平臺的子平臺，現選取美國生命科學全球排名頂尖的斯坦福大學、哈佛大學和麻省理工學院作為樣本，從流式細胞平臺數量、儀器配置、技術服務、人員隊伍等方面，剖析其共性和特色。調查發現，3 所院校的流式細胞平臺建制靈活、數量多，既有校級、院所/中心級的，也有不同院校聯合設立、服務整個地區的，還有教授聯合組建聚焦特定科學問題“專而精”的袖珍平臺。生命科學重要的學科分支，比如免疫學、癌癥學、干細胞與再生醫學、心血管學、臨床醫學等大多配備院所/中心級別的流式細胞平臺，針對特定學科提供相應專業的服務。以斯坦福大學（熒光激活的細胞分選儀（fluorescence-activated cell sorter，FACS）由Herzenberg教授1970 年在斯坦福大學發明，該校可認為是流式細胞儀發源地）為例（見表1），斯坦福共有8 個流式細胞平臺，包括1 個校級、3 個院所級、2 個中心級和2 個課題組級［6］。

表1 斯坦福大學的流式細胞平臺［7-10］

流式平臺數量跟醫學學科發展密切相關。哈佛有全球頂尖的哈佛醫學院及眾多附屬醫院，共擁有19 個不同層級的流式平臺，斯坦福擁有8 個，而以工科見長、沒有獨立醫學院的MIT則數量最少為4 個，如圖1所示。

圖1 斯坦福、哈佛、麻省理工流式平臺的等級與數量［6-18］

同時一流流式細胞平臺所配置的學科也具有相似性。3 所院校的癌癥研究所都有流式細胞平臺，所不同的是MIT 的生命科學研究集中于世界著名的Whitehead Institute，并設立了統一的院所級流式細胞平臺［11］；斯坦福和哈佛醫學院的免疫學、干細胞與再生醫學、血管學研究所則是獨立配置，且2 所院校都設立了專門的校級流式細胞平臺；而MIT 的校級流式細胞平臺則放置在Swanson生物技術中心［12］，且MIT有2 個規模僅次于校級的所級綜合平臺，各學科間不再獨立設置流式平臺。需要強調的是哈佛眾多的附屬醫院共享多個流式平臺，且哈佛臨床轉化醫學流式平臺規模相對較大、干細胞與再生醫學方向既有大的獨立的所級平臺也有3 個與相關學科聯合成立的平臺［13］（見圖2）。

圖2 斯坦福、哈佛、麻省理工流式平臺的學科分布與規模［6-18］

此外，所調研的一流流式細胞平臺不僅提供基礎的細胞分析和分選服務，也普遍都定期提供設備操作和技術培訓，以及實驗設計和數據分析指導，深入參與用戶科研；而且流式細胞平臺主管往往科研背景很強，在管理服務同時也進行領域內前沿技術的開發。

2.1 流式細胞平臺儀器設備及性能

綜合分析了斯坦福8 個、哈佛19 個和MIT4 個流式細胞平臺，發現院所級及以上的流式細胞平臺在儀器配置上，既有操作簡單、用戶經過簡易培訓就可獨立操作的初級分析流式儀，也有功能全面的6～20 色的分析分選設備，更有性能先進的多色熒光分選和全光譜設備，有的甚至還有質譜流式。比如斯坦福校級流式細胞平臺配備了10 臺分析、9 臺分選流式儀、囊括BD、Beckman、Cytek、Hyperion 等主流品牌，包括多達29 色的BD Symphony 熒光分選儀、多達30 +色的Cytek全光譜分析儀、以及多達100 色且背景干凈的Fluidigm質譜流式［6］。相比斯坦福的大而全，哈佛校級流式細胞平臺設置在Bauer Core Facility，包括分析和分選儀各4 臺，可用小而精來概括。分選型流式儀以Beckman為主，可分選9～34 色，特點在于其收集裝置多樣化，包括載玻片、EP 管、12 ×75 ml 測試管、15或50 ml離心管和多孔板（6、24、96、384、1 536）；特別是，哈佛還有大顆粒分選儀，可分選250～2 000 μm樣本，比如線蟲和斑馬魚，這在國內很少見。分析型同樣包括BD的熒光分析和Cytek 的全光譜分析儀。此外哈佛流式中心還配套了組織勻漿機和全自動細胞計數儀［12］。作為校級平臺的補充，哈佛的癌癥、免疫、血液、干細胞、神經科學、系統生物學、臨床轉化醫學等15 個院所和附屬醫院的流式平臺規模更大、性能更先進，這也是哈佛流式平臺的一大特色［13-18］。舉例來說，丹娜法伯癌癥研究院（Dana-Farber Cancer Institute）是哈佛醫學院的主要教學附屬機構之一，Dana-Farber Flow Cytometry擁有5 臺分選9 臺分析流式儀；并且研究院還成立了CyTOF Mass Cytometry Core，擁有Fluidigm多達42 色的CyTOF-Helios質譜流式（哈佛醫學院布萊根婦女醫院Lederer Lab 也有CyTOF Core，配置了質譜流式，課題組配置如此高端流式儀的例子很少）［14］。MIT的校級流式細胞平臺在配置上可用中規中矩來形容，包括7 臺分析5 臺分選，沒有配置質譜流式。但是Whitehead 流式細胞平臺配備了初級到高級不同類型的分析分選儀，便于不同等級用戶接受培訓后自主上機［11］。此外，允許兩個用戶同時使用的BD DUAL LSRFortessa，全美目前有3 臺，所調研的高校還沒有；將流式儀和顯微鏡結合的ImageStream MarkII-Amnis量化成像分析流式細胞儀在耶魯、麻省大學達特茅斯分校等大學有配置，所調研的高校暫無［19］。

2.2 平臺政策規定及收費標準

一流平臺除了先進的設備基礎，也擁有完善配套的政策支持。調研發現，一流流式平臺政策規定制作很細，一般分析和分選設備的政策單獨制定，大體包括準入與注冊、預約（時間、途徑）、樣品要求（具體到種類、濃度、狀態等細節）、收費和取消預約、數據管理、致謝平臺、生物安全（哈佛和斯坦福有專門的BL-3 流式儀）、培訓安排等。MIT 的Whitehead Institute 通過對用戶進行大量準入培訓，實行24 ×7（24 h 7 d）的開放運營。培訓有平臺免費的日常培訓，也有個性化的預約制收費培訓，且培訓頻率很高，確保用戶自主上機［11］。在收費標準上，所調研的平臺相比國內總體要貴一些，不同性能的設備會有區分，且設備機時和人工輔助是單獨收費的。分析型設備機時費介于40～60美元/h，質譜流式收費更高，斯坦福的是140 美元/h；分選型設備機時費則介于70～80 美元/h。如果需要人工輔助，斯坦福對所有的設備加收60 美元/h，哈佛則是根據不同機型額外收取45～75 美元/h；對于培訓，哈佛收取高達300 美元/h 的費用，斯坦福則在機時費基礎上加收80 美元/次。數據分析和實驗設計也是單獨收取75～80 美元/h。相比哈佛和斯坦福的高收費，執行24 h×7 d的MIT人工成本低，收費對用戶也顯得很友好［6，11，13］。MIT 的人工輔助分選和培訓都是57.9 美元/h，用戶自主分選和分析分別是34.2和26.41 美元/h；同時外部用戶收費大致是MIT 員工的1.5 倍（拉根研究所，Ragon Institute of MGH，MIT and Harvard外面用戶外面學術和工業用戶分別是1.5和2.5 倍）［6，11，13］，這與國內普遍的2 倍不同；而且用戶咨詢在MIT也是不收費的［11］。

2.3 平臺資源與標準操作指引

除了完善的政策規定，國外一流流式平臺也有豐富的信息化資源和詳盡且前沿的標準操作流程，充分滿足用戶的學習需求。①每個流式平臺都有專門的網站，每臺設備的性能參數、操作規程在網站上詳細列出。②具體到實驗細節，有基礎的標記蛋白/抗體選擇、染色/固定/圈門等protocols，也有針對多色分選、稀有樣品/臨床樣本分析技術說明。③有流式細胞術的學習資料，包括流式細胞術的基本介紹、對照設置、色系設計、光譜分析、數據分析以及特定的應用等，而且也會有相關的講解視頻和經典書籍推薦。比如MIT的Whitehead Institute Flow Cytometry Core就錄制了實驗設計、軟件操作、結果優化、問題疏導等囊括流式細胞術全流程的20 來個專業視頻。④開設Flow Post-Its（流式便利貼）專欄，里面40 多個流式技術專題都是來自管理老師專業的實操分享。此外平臺也分享專業的流式網站和工具，比如OMIPs、CYTO University、Fluorescence Spectraviewer、Fluorescent Proteins 等，基本可以引導流式用戶實現高階晉級［11］。

2.4 平臺服務

一流流式平臺除了依托全面、先進的設備提供普通分析/分選、高階分析分選（全光譜多色分析、稀有免疫細胞分選、腫瘤干細胞分選、質譜流式等），更充分發揮平臺老師的專業知識，協助用戶產出一流的結果。在服務模式上，一流流式平臺均提供員工輔助與用戶自主上機兩種模式；在服務內容上有實驗咨詢（包括實驗設計、色系設計、數據分析、特殊應用等）、實驗培訓（平臺常規的免費培訓和個人預約的收費培訓）和實驗操作（委托測試）。調研發現：與用戶深度溝通、培訓用戶、在實驗設計和樣品準備上提供有效信息、指導分析原始數據和撰寫用于發表文章中的標準實驗流程、優化實驗結果、幫助問題疏導等由“人”提供的服務讓用戶十分受益。

2.5 平臺隊伍與技術開發

國外一流流式平臺依據平臺規模配備了不同層級的正式員工。斯坦福校級流式平臺共有19 臺設備，由平臺主管、運營經理、5 位操作員（分析與分選）、技術支持（負責色系設計、全光譜流式）和設備管理與維修員（負責儀器維護、校準與問題疏導）共9 人的團隊組成［6］。這與耶魯大學校級流式平臺19 臺設備配備9人的團隊類似［19］。“小而精”的哈佛校級流式平臺共有9 臺設備，團隊也相對小些，共5 位成員，包括Director of Bauer Core兼任的平臺主任（提供實驗設計咨詢）、流式團隊主管（負責培訓、服務與支撐）、研究副院長（平臺監督）、2 位研究平臺科學家（負責培訓、服務）［13］。院所中心級的平臺一般由4～15 臺設備組成，團隊成員2～5 人不等，以技術員為主；有的單獨設立平臺主任和副主任，有的主任由研究科學家擔任。比如哈佛醫學院Joslin Diabetes Center Flow Cytometry Core共有9 臺設備，主任是由干細胞和免疫領域的獨立PI擔任［18］。需要強調的是，平臺主任一般由等同于副教授及以上的免疫/干細胞/腫瘤科學家擔任，他們十分熟悉流式、自身科研水平很高，活躍在科研一線；平臺主管一般是集技術和管理培訓于一身的優秀中青年科學家，熟悉前沿流式技術，也積極開發新型流式技術以滿足研究所科學家的不同需求并持續改進測試的準確性；平臺技術員/研究科學家一般也都有自己的小課題，比如干細胞的分選建系、基因編輯的單克隆篩選、用于組學分析的單細胞篩選等。

3 國內院校流式細胞平臺現狀

3.1 國內流式細胞平臺概況

國內生命科學研究近年飛速發展，設立生命科學相關的院校幾乎都配置了流式細胞平臺，但是在平臺數量、設備數量和性能上存在很大差異。比如清華大學有校級生物醫學測試中心、院所級的藥學院共享平臺和免疫學研究所下設3 個流式細胞平臺，共35 臺流式細胞儀，覆蓋初級的分析分選、高級分選和全光譜分析，尚無質譜流式和量化成像分析流式細胞儀［20］；而北京航空航天大學和北京理工大學僅分別在生物與醫學工程學院和生物與醫學工程公共實驗中心配置了2臺和1 臺流式設備。此外，清華大學流式細胞平臺配備了專門的管理團隊，與MIT 一樣實行7 d 24 h 開放運營，而國內大多數院校還僅是由公共平臺人員兼管，提供基礎的測試服務［20-21］。

3.2 學校流式細胞平臺精細化管理體系

為有效促進人才培養、支撐科學研究，助力學校“雙一流”建設，2017 年3 月，學校校長辦公會通過并成立了“十三五”實驗平臺規劃建設工作小組；2018 年初，學校生物與醫學工程公共實驗中心成立，2020 年底中心購置安裝調試完成1 臺BD Aria III分析分選型流式細胞儀。該設備由中心專職實驗教師管理。為了提高流式儀使用效率，從2021 年開始，中心教師定期開展流式理論和上機培訓。2021 年度共計培訓66 學時，168 人次；參加3 次培訓并考核通過者，中心給予開放流式儀門禁權限，用戶可以靈活選擇時間自主上機，類似于MIT的24 h ×7 d開放運營。同時，中心還舉辦了3 場流式相關的技術講座和2 場學術講座，并通過中心官方公眾號推送相關的技術文章、普及流式知識。此外，中心采取階梯收費的辦法，給予自主上機用戶一定優惠，且用戶可根據需求，選擇按小時或樣品數計費。在24 h×7 d實施前，月均使用時長約36 h，實施半年后，月均使用時長達到43 h，提高20%；實施一年后，2022 年前10 個月的月均使用時長達到72.12 h，提高了整整一倍（見圖3）。

圖3 北京理工大學Aria III 機時使用分類統計

4 國外院校流式細胞平臺運營與管理的啟示

流式細胞術作為現代生命科學研究的重要手段，國外成熟的一流流式細胞平臺為高質量的科學研究提供了有力支撐和保障，對于國內處于生命科學蓬勃發展背景下的流式細胞平臺來說，可借鑒的啟示主要有3 點：①完善的硬件支撐，哈佛、斯坦福等院校流式細胞平臺數量多、設備性能完備而先進，且不同學科設立獨自平臺，充分滿足學科發展，而不是優先考慮設備功能是否重疊；國內院校在大力發展生命科學的同時應充分考慮學科發展，注重流式細胞平臺在數量和設備性能上的擴容，緊跟前沿，保障和促進學科邁入世界一流。②詳盡的制度保障，規范全面的制度保障物盡其用，人盡其才。比如平臺注冊、預約、樣品要求、收費和取消預約、數據管理、致謝平臺、生物安全、培訓安排等，詳盡的制度保障運營的規范與高效。值得一提的是，可以加強常規化的理論和上機培訓，引導用戶自主上機，實現24 h×7 d的開放運營，這對于提高設備效率，減少成本效果顯著；也可以借鑒國外更彈性的收費，促進用戶自主上機，實現人力、設備等資源的高效利用。此外國外流式細胞平臺的網站很豐富，文字/視頻/網站鏈接等多樣化的技術資料，對于加深用戶對流式細胞術的了解非常關鍵，國內在技術“軟支撐”方面也可以形成制度；而且國內在流式細胞儀操作的生物安全上還沒有形成完整的法規，這跟國外有很大的差距，尤其需要提高［22］。③優秀的人才引領，國外流式細胞平臺管理人員自身科研背景深厚、深度參與用戶科研且注重技術開發。國內在人員招聘選拔上，應更強調專業的匹配度與“精和專”，在人員配置上，除了專人專管，提供基礎分析分選常規服務外，還應在經費、獎勵等政策上，更多引導員工提升專業技能，鼓勵其在用戶的實驗設計、色系搭配、結果優化、數據處理和特色應用上更多地參與，既可保證平臺輸出高質量的服務，又可解放員工，賦予其更多精力用于技術和方法開發，從而反哺平臺的技術提升。當然我國平臺整體收費相對較低，這得益于國內的集中管理和相對較低的人工成本，這是一大優勢。

5 結語

國外一流的流式細胞平臺在儀器配置、管理團隊、服務項目、政策規定、平臺資源和技術開發等方面形成了優勢和特色。國內院校流式細胞平臺發展參差不齊，國內工科強校在強化優勢工科、開拓嶄新醫學，打造卓越醫-工的道路上，可以汲取國外一流流式細胞平臺的經驗和做法，增強流式設備性能、提高管理人員水平，為醫工融合的繁榮提供強有力的專業技術服務和硬件保障。