گفتیم که ماشین کولتر اولین تجربه موفق تجاری از متد فلوسایتومتری است اما آیا اولین تلاش برای فلوسایتومتری هم بود؟ خیر.

سال‌ها قبل از کولتر محققان دیگر ایده‌های دیگری از را به بوته آزمایش گذاشته بودند و برخی نتایج قابل اعتنایی هم گرفتند اما این متد هنوز در ابتدای راه خود قرار داشت و نیاز بود تا دانش فنی و مهندسی بشر رشد بیشتری داشته باشد تا به یک روش منطقی و به صرفه بتوان رسید. قبل از اینکه وارد مبحث فلوسایتومتر شویم لازم است تا مفهوم آن را به صورت تحت الفظی بررسی کنیم تا دیده بهتری از آن به دست آوریم.

فلو به معنی جریان و سایتو به معنای سلول و یاخته و متری به مفهوم سنجش است بنابراین فلوسایتومتری به صورت یک عبارت واحد یعنی سنجش سلول‌ها در یک جریان از مایع به عبارت دیگر فلوساتوومتری روشی است که در آن سلول‌ها در طی یک جریان مایع تحت بررسی ساختاری و آماری قرار می‌گیرند.

قدیمی‌ترین تلاش برای چنین بررسی سلولی به سال ۱۹۳۴ توسط اندرو مولداون باکتری شناس کانادایی برمی‌گردد که دستگاهی را طراحی کرده بود که در آن جریان سلول‌ها از یک لوله مویینه با ورودی بسیار نازک عبور می‌کرد و در همان حال با استفاده از یک میکروسکوپ که مجهز به سنسور فتوالکتریک بود می‌توانست تعداد سلول‌ها را شمارش کند. گرچه دستگاه مولداوان هرگز به موفقیت نرسید اما این نخستین تلاش ثبت شده برای فلوسایتومتری به شمار می‌رفت.

آنچه که مانع از آن می‌شد تا فلوسایتومتری یک روش قابل اطمینان برای بررسی سلولی باشد استفاده از روشی بود که بتواند این ذرات معلق در مایع را که همان سلول‌ها بودند شناسایی کند در این راستا محققان از کشفیات و یافته‌های دانشمندان دیگر در حوزه‌های مختلف استفاده کردند تا بتوانند به آن حلقه گمشده در این روش دست پیدا کنند. در ادامه تعدادی از این مفاهیم پایه‌ای که در فلوسایتومتری امروزی هم اثرشان حضور دارد را معرفی می‌کنیم:

1- پراکندگی نوری: در سال ۱۷۴۲ میخاییل لومونوسوف دانشمند روسی کشف کرد ذرات معلق سوسپانسیون در هوا یا مایع در صورتی که یک شعاع نوری به آن تابیده شود باعث انحراف شعاع نوری شده که این میزان انحراف با غلظت ذرات و اندازه آنها یک رابطه ریاضی دارد اصل بسیار مهمی که امروزه در فلوسایتومتری کاربرد وسیعی دارد.

2- در سال ۱۸۷۹ لرد رایلی دریافت که اگر یک جریان مایع را از منفذی عبور داد به دلیل ناپایداری هیدرودینامیکی که بوجود می‌آید به مجموعه‌ای از قطرات می‌شکند که به سطح کمتر و در نتیجه کشش سطحی کمتری خواهند رسید بعدها در ۱۹۶۵ ریچارد سوئیت متوجه شد که این قطرات را می‌تواند با استفاده از شارژ الکترواستاتیک منظم نمود و این سیستم را در پرینتر لیزری به کار برد و با این روش می‌توانست قطرات جوهر را به صورت کنترل شده روی کاغذ بنشاند. اصلی فیزیکی که ابتدا در چاپگرهای لیزری به کار رفت و بعد همین اصل در فلوسایتومتری برای دسته‌بندی سلول‌ها استفاده شد که به نام Cell Sorting می‌شناسیم.

3- در ۱۹۴۷ فرانک کوگر نخستین بار دستگاه فوتو الکتریکی طراحی کرد که می‌توانست آیروسل‌های موجود در هوا را با اصول پراکنش نور سنجش کند اصول دستگاه گوگر امروزه در تجهیزات فلوسایتومتری هنوز استفاده می‌شود.

فلوسایتومترها عرضه می‌شوند.

اینکه نخستین دستگاه فلوسایتومتری کی و چگونه ساخته شد موضوع قابل بحثی است زیرا که حتی محققان هنوز بر سر نامگذاری متد به جمع‌بندی هم نرسیده بودند و کسی این تجهیزات را در یک خانواده جای نمی‌داد با توجه به همپوشانی وقایع رخ داده در بین سال‌های ۱۹۶۰ تا ۱۹۷۰ می‌توان نتیجه گرفت که اولین فلوسایتومترها در این سال ساخته شدند ضمن اینکه در ابتدای راه هر کدام از این تجهیزات ممکن بود از تکنیکی استفاده کند که در دستگاه دیگری استفاده نمی‌شد و همین تنوع باعث شد تا انتخاب اولین دستگاه کمی مشکل باشد.

در آزمایشگاه بمب اتم

اگر به ترتیب سال جلو برویم در قدم اول در سال ۱۹۶۵ اولین ماشین مرتب کننده سلولی (Cell Sorter) توسط مک فولیلر (Mack Fulwyler) اختراع شد. داستان از این قرار بود که وی در سال ۱۹۶۳ در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس که مرکز تحقیقات تسلیحات اتمی آمریکا است وظیفه تحقیقات بر روی اثرات اتمسفریک سلاح‌های هسته‌ای را به عهده داشت تا دریابد که تاثیرات تشعشعات روی موجودات زنده و به تبع آن محصولات غذایی موثر هست یا خیر.

یکی از این موارد مطالعاتی کار روی گلبول‌های قرمز بود و نیاز بود که برای مطالعه بهتر، گلبول‌های قرمز به صورت مجزا از سایر سلول‌های خونی بررسی شوند که این امر با استفاده از متدهای موجود از قبیل روش کولتر بسیار مشکل بود. فولیلر در طی تحقیقات خود به مقاله ریچارد سوئیت رسید که در آن از اصول الکترواستاتیک برای تنظیم قطرات جوهر استفاده می‌نمود. فولیلر با این ایده گلبول‌های قرمز را در قطرات مایع محصور نمود و سپس با بارداری الکتریکی آنها و بعد در ادامه با جذبشان توسط بار مخالف توانست سلول‌ها را از هم تفکیک نماید این شد که اولین ماشین مرتب کننده سلولی پا به عرصه حضور گذاشت. در سال‌های بعد فلوسایتومترهای با توانایی سلسورتینگ با عملکردهای بالا به وجود آمدند و این پیشرفت به حدی رسیده که امروزه برخی این دستگاه‌ها می‌توانند با سرعت ۵۰ هزار سلول بر ثانیه به دسته‌بندی سلول‌ها بپردازند.

سرمایه‌گذاری‌ها آغاز می‌شود

حالا دیگر همه متوجه ظرفیت‌های این متد شده بودند و تنها سوال این بود که چه کسی برای اولین بار دستگاهی با قابلیت استفاده روتین پزشکی و تحقیقاتی ارائه می‌کند. ولفگانگ گوده (Wolfgang Göhde) در سال ۱۹۶۸ نخستین بار در دانشگاه مونستر آلمان دستگاهی را طراحی نمود که بر مبنای خاصیت فلورسانس می‌توانست به بررسی سلول‌ها در روش فلوسایتومتری بپردازد. نتیجه تلاش‌های گوده منجر به این شد تا کمپانی پارتک با کمک او نخستین فلوسایتومتر تجاری جهان به نام ICP-11 را در سال ۱۹۶۹ روانه بازار کند.

 

تقاطع فیزیک زیست شناسی و شیمی

تا زمانی که گوده و پارتک دستگاه خود را عرضه کردند به نظر همه چیز کامل شده می‌آمد اما در این بین کماکان نکته‌ای وجود داشت و آن این بود که با تمام شگفت انگیز بودن این فناوری این سوال مطرح بود که آیا واقعاً پتانسیل کمک برای تحقیقات علمی به حدی در آن بود که بتواند در مقیاس انبوه آن را تولید نمود؟

دانشمند دیگری که طی تلاش‌های بی‌وقفه‌اش توانست به این سوال پاسخ مثبت بدهد لئونارد هرزنبرگ (Leonard Herzenberg) بود. هرزنبرگ یک ایمونولوژیست بود اما تحصیلات متنوعی در کنار علوم تجربی داشت که به وی در این عرصه کمک کرد. بنابراین هرزنبرگ آن فردی شد که توانست رهبری تیمی تحقیقاتی را از میان مهندسین و زیست شناسان و همچنین دانشمندان شیمی به عهده بگیرد تا بتواند پیشگامانه‌ترین دستاورد ایمونولوژی را تا آن زمان ارائه کند و آن FACS بود ((Fluorescence-Activated Cell Sorter تکنولوژی FACS این توانایی را ارائه می‌داد که در جمعیت‌های سلولی بزرگ به راحتی به شمارش و جداسازی سلول‌های نادر پرداخت. اساس آن به این صورت بود که علیه آنتی ژن‌های سطحی سلول‌ها آنتی بادیهای با خاصیت فلورسانس استفاده می‌شد در نتیجه این سلول‌های نشانگذاری شده با کمک تابش یک لیزر و پراش حاصل از این تابش قابلیت تفکیک شدن داشتند. در حقیقت هرزنبرگ مجموعه کارهای فولیلر و گوده را با مقداری خلاقیت توانست به حداکثر کارایی و عملیاتی شدن برساند. پیامدهای FACS بسیار زیاد بود و جهان‌بینی امروز ما از آنتیژن‌های سطح سلول‌ها و تنوعی که در انواع سلول‌های انسانی امروزه یافته‌ایم بسیار برگرفته از نتایج تحقیقات با دستگاه‌های FACS است.

نامگذاری فلوسایتومتری

۸ سال پس از ICP-11 گوده، در کنفرانس بنیاد مهندسی آمریکا در فلوریدا یعنی ۱۹۷۶ توافق شد که اصطلاح فلوسایتومتری بهعنوان نام عمومی این تکنیک استفاده شود و رسمیت یافتن این نام سال‌ها بعد از تولد خود متد جالب توجه است.