美国一流院校流式细胞平台管理经验启示

罗茂国，杨 正，丛 勇，孙立权

（北京理工大学a.生命学院；b.生物与医学工程公共实验中心；c.资产与实验室管理处，北京 100081）

0 引言

重大科研基础设施是探索自然、突破技术瓶颈、开创科学前沿、推进经济社会发展革新、保障国家安全的重要基础［1］。整合各级资源建立大型科技基础条件平台，集中建设研究基地，推进大型共享平台建设，则是实现仪器集中高效管理、促进设备共享、提升资源配置效率、孕育重大成果的切实途径和有效方法［2］。

如何实现大型共享平台的高效运行与管理，如何保障物尽其用、人尽其才、资金高效配置，如何扩大公共平台的开放共享、充分发挥大型仪器在目标导向、问题牵引的科技攻关、面向世界科技前沿的自由探索和面向国家重大需求的有组织科研中的基石作用，是大型共享平台建设成功与否的关键，也是公共平台管理取得成绩的根本。

目前，科学研究深度、广度不断延伸，研究领域不断拓展、深度交叉，大型共享平台的设备也不断扩容，发展到子平台多、功能覆盖广、技术内核驱动强的新阶段，运营管理难度增加。而平台整体运营好坏取决于各个子平台运行是否顺畅［3］。本文希望从更具体的角度，用局部到整体的思维，以生命科学中基础而重要的流式细胞平台为例，借鉴美国顶尖院校一流流式细胞平台运营与管理的经验，为我国大型共享平台的高效运营与科学管理带来一些新的启发和思路。

1 流式细胞平台的重要性与特点

流式细胞术（Flow Cytometry，FCM）是20 世纪70年代发展起来的高科学技术，它集计算机技术、激光技术、流体力学、细胞化学、细胞免疫学于一体，同时具有细胞/颗粒分析和分选功能。它不仅可测量细胞大小、内部颗粒的性状，还可检测细胞表面和细胞质抗原、细胞内DNA、RNA含量等，可对群体细胞在单细胞水平上进行快速、多参数的定性定量分析；也能够分类收集（分选）某一特定性状细胞亚群或颗粒。在免疫学、血液学、肿瘤学、药物学、分子生物学、再生医学等泛生命学科中具有广泛应用［4］。国内外开设生命科学学科的高校、从事生命科学相关研究的研究所、医院、大型企业等，无一例外都配置有1 至多台流式细胞仪，建立了用于细胞分析和分选的流式细胞平台。

流式细胞仪作为大型精密仪器，设备货值大，操作复杂，且所得出的实验结果往往在说明某一生物学问题或得出某一论断上具有重要意义，常常成为论文结论的核心支持证据或者新实验方法的关键步骤。因此流式细胞实验质量控制的严格稳定与结果分析的精准就显得尤为重要。更突出的是，作为实验成功与否的前提：流式实验的设计不仅要求实验者理解实验本身，也要求其对流式细胞仪的原理和仪器性能配置有清晰的了解。因此，区别于普通仪器，目前国内外流式细胞仪都由专门工作人员进行操作和管理。

鉴于流式细胞仪在现代生命科学研究中的广泛应用与重要作用，新的流式仪器如质谱流式仪、全光谱流式仪、微流控流式仪、高通量多色分析分选仪等逐渐普及；新的流式技术和方法比如流式成像技术、流式分子细胞术以及集成机器学习和人工智能的流式分析软件等也极大拓展了流式细胞术的应用［5］。新仪器与新技术的革新对流式细胞平台的运营与管理提出了更高要求。

2 美国一流院校流式细胞平台的运营与管理

流式细胞平台属于生命科学平台的子平台，现选取美国生命科学全球排名顶尖的斯坦福大学、哈佛大学和麻省理工学院作为样本，从流式细胞平台数量、仪器配置、技术服务、人员队伍等方面，剖析其共性和特色。调查发现，3 所院校的流式细胞平台建制灵活、数量多，既有校级、院所/中心级的，也有不同院校联合设立、服务整个地区的，还有教授联合组建聚焦特定科学问题“专而精”的袖珍平台。生命科学重要的学科分支，比如免疫学、癌症学、干细胞与再生医学、心血管学、临床医学等大多配备院所/中心级别的流式细胞平台，针对特定学科提供相应专业的服务。以斯坦福大学（荧光激活的细胞分选仪（fluorescence-activated cell sorter，FACS）由Herzenberg教授1970 年在斯坦福大学发明，该校可认为是流式细胞仪发源地）为例（见表1），斯坦福共有8 个流式细胞平台，包括1 个校级、3 个院所级、2 个中心级和2 个课题组级［6］。

表1 斯坦福大学的流式细胞平台［7-10］

流式平台数量跟医学学科发展密切相关。哈佛有全球顶尖的哈佛医学院及众多附属医院，共拥有19 个不同层级的流式平台，斯坦福拥有8 个，而以工科见长、没有独立医学院的MIT则数量最少为4 个，如图1所示。

图1 斯坦福、哈佛、麻省理工流式平台的等级与数量［6-18］

同时一流流式细胞平台所配置的学科也具有相似性。3 所院校的癌症研究所都有流式细胞平台，所不同的是MIT 的生命科学研究集中于世界著名的Whitehead Institute，并设立了统一的院所级流式细胞平台［11］；斯坦福和哈佛医学院的免疫学、干细胞与再生医学、血管学研究所则是独立配置，且2 所院校都设立了专门的校级流式细胞平台；而MIT 的校级流式细胞平台则放置在Swanson生物技术中心［12］，且MIT有2 个规模仅次于校级的所级综合平台，各学科间不再独立设置流式平台。需要强调的是哈佛众多的附属医院共享多个流式平台，且哈佛临床转化医学流式平台规模相对较大、干细胞与再生医学方向既有大的独立的所级平台也有3 个与相关学科联合成立的平台［13］（见图2）。

图2 斯坦福、哈佛、麻省理工流式平台的学科分布与规模［6-18］

此外，所调研的一流流式细胞平台不仅提供基础的细胞分析和分选服务，也普遍都定期提供设备操作和技术培训，以及实验设计和数据分析指导，深入参与用户科研；而且流式细胞平台主管往往科研背景很强，在管理服务同时也进行领域内前沿技术的开发。

2.1 流式细胞平台仪器设备及性能

综合分析了斯坦福8 个、哈佛19 个和MIT4 个流式细胞平台，发现院所级及以上的流式细胞平台在仪器配置上，既有操作简单、用户经过简易培训就可独立操作的初级分析流式仪，也有功能全面的6～20 色的分析分选设备，更有性能先进的多色荧光分选和全光谱设备，有的甚至还有质谱流式。比如斯坦福校级流式细胞平台配备了10 台分析、9 台分选流式仪、囊括BD、Beckman、Cytek、Hyperion 等主流品牌，包括多达29 色的BD Symphony 荧光分选仪、多达30 +色的Cytek全光谱分析仪、以及多达100 色且背景干净的Fluidigm质谱流式［6］。相比斯坦福的大而全，哈佛校级流式细胞平台设置在Bauer Core Facility，包括分析和分选仪各4 台，可用小而精来概括。分选型流式仪以Beckman为主，可分选9～34 色，特点在于其收集装置多样化，包括载玻片、EP 管、12 ×75 ml 测试管、15或50 ml离心管和多孔板（6、24、96、384、1 536）；特别是，哈佛还有大颗粒分选仪，可分选250～2 000 μm样本，比如线虫和斑马鱼，这在国内很少见。分析型同样包括BD的荧光分析和Cytek 的全光谱分析仪。此外哈佛流式中心还配套了组织匀浆机和全自动细胞计数仪［12］。作为校级平台的补充，哈佛的癌症、免疫、血液、干细胞、神经科学、系统生物学、临床转化医学等15 个院所和附属医院的流式平台规模更大、性能更先进，这也是哈佛流式平台的一大特色［13-18］。举例来说，丹娜法伯癌症研究院（Dana-Farber Cancer Institute）是哈佛医学院的主要教学附属机构之一，Dana-Farber Flow Cytometry拥有5 台分选9 台分析流式仪；并且研究院还成立了CyTOF Mass Cytometry Core，拥有Fluidigm多达42 色的CyTOF-Helios质谱流式（哈佛医学院布莱根妇女医院Lederer Lab 也有CyTOF Core，配置了质谱流式，课题组配置如此高端流式仪的例子很少）［14］。MIT的校级流式细胞平台在配置上可用中规中矩来形容，包括7 台分析5 台分选，没有配置质谱流式。但是Whitehead 流式细胞平台配备了初级到高级不同类型的分析分选仪，便于不同等级用户接受培训后自主上机［11］。此外，允许两个用户同时使用的BD DUAL LSRFortessa，全美目前有3 台，所调研的高校还没有；将流式仪和显微镜结合的ImageStream MarkII-Amnis量化成像分析流式细胞仪在耶鲁、麻省大学达特茅斯分校等大学有配置，所调研的高校暂无［19］。

2.2 平台政策规定及收费标准

一流平台除了先进的设备基础，也拥有完善配套的政策支持。调研发现，一流流式平台政策规定制作很细，一般分析和分选设备的政策单独制定，大体包括准入与注册、预约（时间、途径）、样品要求（具体到种类、浓度、状态等细节）、收费和取消预约、数据管理、致谢平台、生物安全（哈佛和斯坦福有专门的BL-3 流式仪）、培训安排等。MIT 的Whitehead Institute 通过对用户进行大量准入培训，实行24 ×7（24 h 7 d）的开放运营。培训有平台免费的日常培训，也有个性化的预约制收费培训，且培训频率很高，确保用户自主上机［11］。在收费标准上，所调研的平台相比国内总体要贵一些，不同性能的设备会有区分，且设备机时和人工辅助是单独收费的。分析型设备机时费介于40～60美元/h，质谱流式收费更高，斯坦福的是140 美元/h；分选型设备机时费则介于70～80 美元/h。如果需要人工辅助，斯坦福对所有的设备加收60 美元/h，哈佛则是根据不同机型额外收取45～75 美元/h；对于培训，哈佛收取高达300 美元/h 的费用，斯坦福则在机时费基础上加收80 美元/次。数据分析和实验设计也是单独收取75～80 美元/h。相比哈佛和斯坦福的高收费，执行24 h×7 d的MIT人工成本低，收费对用户也显得很友好［6，11，13］。MIT 的人工辅助分选和培训都是57.9 美元/h，用户自主分选和分析分别是34.2和26.41 美元/h；同时外部用户收费大致是MIT 员工的1.5 倍（拉根研究所，Ragon Institute of MGH，MIT and Harvard外面用户外面学术和工业用户分别是1.5和2.5 倍）［6，11，13］，这与国内普遍的2 倍不同；而且用户咨询在MIT也是不收费的［11］。

2.3 平台资源与标准操作指引

除了完善的政策规定，国外一流流式平台也有丰富的信息化资源和详尽且前沿的标准操作流程，充分满足用户的学习需求。①每个流式平台都有专门的网站，每台设备的性能参数、操作规程在网站上详细列出。②具体到实验细节，有基础的标记蛋白/抗体选择、染色/固定/圈门等protocols，也有针对多色分选、稀有样品/临床样本分析技术说明。③有流式细胞术的学习资料，包括流式细胞术的基本介绍、对照设置、色系设计、光谱分析、数据分析以及特定的应用等，而且也会有相关的讲解视频和经典书籍推荐。比如MIT的Whitehead Institute Flow Cytometry Core就录制了实验设计、软件操作、结果优化、问题疏导等囊括流式细胞术全流程的20 来个专业视频。④开设Flow Post-Its（流式便利贴）专栏，里面40 多个流式技术专题都是来自管理老师专业的实操分享。此外平台也分享专业的流式网站和工具，比如OMIPs、CYTO University、Fluorescence Spectraviewer、Fluorescent Proteins 等，基本可以引导流式用户实现高阶晋级［11］。

2.4 平台服务

一流流式平台除了依托全面、先进的设备提供普通分析/分选、高阶分析分选（全光谱多色分析、稀有免疫细胞分选、肿瘤干细胞分选、质谱流式等），更充分发挥平台老师的专业知识，协助用户产出一流的结果。在服务模式上，一流流式平台均提供员工辅助与用户自主上机两种模式；在服务内容上有实验咨询（包括实验设计、色系设计、数据分析、特殊应用等）、实验培训（平台常规的免费培训和个人预约的收费培训）和实验操作（委托测试）。调研发现：与用户深度沟通、培训用户、在实验设计和样品准备上提供有效信息、指导分析原始数据和撰写用于发表文章中的标准实验流程、优化实验结果、帮助问题疏导等由“人”提供的服务让用户十分受益。

2.5 平台队伍与技术开发

国外一流流式平台依据平台规模配备了不同层级的正式员工。斯坦福校级流式平台共有19 台设备，由平台主管、运营经理、5 位操作员（分析与分选）、技术支持（负责色系设计、全光谱流式）和设备管理与维修员（负责仪器维护、校准与问题疏导）共9 人的团队组成［6］。这与耶鲁大学校级流式平台19 台设备配备9人的团队类似［19］。“小而精”的哈佛校级流式平台共有9 台设备，团队也相对小些，共5 位成员，包括Director of Bauer Core兼任的平台主任（提供实验设计咨询）、流式团队主管（负责培训、服务与支撑）、研究副院长（平台监督）、2 位研究平台科学家（负责培训、服务）［13］。院所中心级的平台一般由4～15 台设备组成，团队成员2～5 人不等，以技术员为主；有的单独设立平台主任和副主任，有的主任由研究科学家担任。比如哈佛医学院Joslin Diabetes Center Flow Cytometry Core共有9 台设备，主任是由干细胞和免疫领域的独立PI担任［18］。需要强调的是，平台主任一般由等同于副教授及以上的免疫/干细胞/肿瘤科学家担任，他们十分熟悉流式、自身科研水平很高，活跃在科研一线；平台主管一般是集技术和管理培训于一身的优秀中青年科学家，熟悉前沿流式技术，也积极开发新型流式技术以满足研究所科学家的不同需求并持续改进测试的准确性；平台技术员/研究科学家一般也都有自己的小课题，比如干细胞的分选建系、基因编辑的单克隆筛选、用于组学分析的单细胞筛选等。

3 国内院校流式细胞平台现状

3.1 国内流式细胞平台概况

国内生命科学研究近年飞速发展，设立生命科学相关的院校几乎都配置了流式细胞平台，但是在平台数量、设备数量和性能上存在很大差异。比如清华大学有校级生物医学测试中心、院所级的药学院共享平台和免疫学研究所下设3 个流式细胞平台，共35 台流式细胞仪，覆盖初级的分析分选、高级分选和全光谱分析，尚无质谱流式和量化成像分析流式细胞仪［20］；而北京航空航天大学和北京理工大学仅分别在生物与医学工程学院和生物与医学工程公共实验中心配置了2台和1 台流式设备。此外，清华大学流式细胞平台配备了专门的管理团队，与MIT 一样实行7 d 24 h 开放运营，而国内大多数院校还仅是由公共平台人员兼管，提供基础的测试服务［20-21］。

3.2 学校流式细胞平台精细化管理体系

为有效促进人才培养、支撑科学研究，助力学校“双一流”建设，2017 年3 月，学校校长办公会通过并成立了“十三五”实验平台规划建设工作小组；2018 年初，学校生物与医学工程公共实验中心成立，2020 年底中心购置安装调试完成1 台BD Aria III分析分选型流式细胞仪。该设备由中心专职实验教师管理。为了提高流式仪使用效率，从2021 年开始，中心教师定期开展流式理论和上机培训。2021 年度共计培训66 学时，168 人次；参加3 次培训并考核通过者，中心给予开放流式仪门禁权限，用户可以灵活选择时间自主上机，类似于MIT的24 h ×7 d开放运营。同时，中心还举办了3 场流式相关的技术讲座和2 场学术讲座，并通过中心官方公众号推送相关的技术文章、普及流式知识。此外，中心采取阶梯收费的办法，给予自主上机用户一定优惠，且用户可根据需求，选择按小时或样品数计费。在24 h×7 d实施前，月均使用时长约36 h，实施半年后，月均使用时长达到43 h，提高20%；实施一年后，2022 年前10 个月的月均使用时长达到72.12 h，提高了整整一倍（见图3）。

图3 北京理工大学Aria III 机时使用分类统计

4 国外院校流式细胞平台运营与管理的启示

流式细胞术作为现代生命科学研究的重要手段，国外成熟的一流流式细胞平台为高质量的科学研究提供了有力支撑和保障，对于国内处于生命科学蓬勃发展背景下的流式细胞平台来说，可借鉴的启示主要有3 点：①完善的硬件支撑，哈佛、斯坦福等院校流式细胞平台数量多、设备性能完备而先进，且不同学科设立独自平台，充分满足学科发展，而不是优先考虑设备功能是否重叠；国内院校在大力发展生命科学的同时应充分考虑学科发展，注重流式细胞平台在数量和设备性能上的扩容，紧跟前沿，保障和促进学科迈入世界一流。②详尽的制度保障，规范全面的制度保障物尽其用，人尽其才。比如平台注册、预约、样品要求、收费和取消预约、数据管理、致谢平台、生物安全、培训安排等，详尽的制度保障运营的规范与高效。值得一提的是，可以加强常规化的理论和上机培训，引导用户自主上机，实现24 h×7 d的开放运营，这对于提高设备效率，减少成本效果显著；也可以借鉴国外更弹性的收费，促进用户自主上机，实现人力、设备等资源的高效利用。此外国外流式细胞平台的网站很丰富，文字/视频/网站链接等多样化的技术资料，对于加深用户对流式细胞术的了解非常关键，国内在技术“软支撑”方面也可以形成制度；而且国内在流式细胞仪操作的生物安全上还没有形成完整的法规，这跟国外有很大的差距，尤其需要提高［22］。③优秀的人才引领，国外流式细胞平台管理人员自身科研背景深厚、深度参与用户科研且注重技术开发。国内在人员招聘选拔上，应更强调专业的匹配度与“精和专”，在人员配置上，除了专人专管，提供基础分析分选常规服务外，还应在经费、奖励等政策上，更多引导员工提升专业技能，鼓励其在用户的实验设计、色系搭配、结果优化、数据处理和特色应用上更多地参与，既可保证平台输出高质量的服务，又可解放员工，赋予其更多精力用于技术和方法开发，从而反哺平台的技术提升。当然我国平台整体收费相对较低，这得益于国内的集中管理和相对较低的人工成本，这是一大优势。

5 结语

国外一流的流式细胞平台在仪器配置、管理团队、服务项目、政策规定、平台资源和技术开发等方面形成了优势和特色。国内院校流式细胞平台发展参差不齐，国内工科强校在强化优势工科、开拓崭新医学，打造卓越医-工的道路上，可以汲取国外一流流式细胞平台的经验和做法，增强流式设备性能、提高管理人员水平，为医工融合的繁荣提供强有力的专业技术服务和硬件保障。