ABSTRACT Extracellular vesicles (EVs) are small, heterogeneous and difficult to measure. Flow cytometry (FC) is a key technology for the measurement of individual particles, but its application to the analysis of EVs and other submicron particles has presented many challenges and has produced a number of controversial results, in part due to limitations of instrument detection, lack of robust methods and ambiguities in how data should be interpreted. These complications are exacerbated by the field's lack of a robust reporting framework, and many EV‐FC manuscripts include incomplete descriptions of methods and results, contain artefacts stemming from an insufficient instrument sensitivity and inappropriate experimental design and lack appropriate calibration and standardization. To address these issues, a working group (WG) of EV‐FC researchers from ISEV, ISAC and ISTH, worked together as an EV‐FC WG and developed a consensus framework for the minimum information that should be provided regarding EV‐FC. This framework incorporates the existing Minimum Information for Studies of EVs (MISEV) guidelines and Minimum Information about a FC experiment (MIFlowCyt) standard in an EV‐FC‐specific reporting framework (MIFlowCyt‐EV) that supports reporting of critical information related to sample staining, EV detection and measurement and experimental design in manuscripts that report EV‐FC data. MIFlowCyt‐EV provides a structure for sharing EV‐FC results, but it does not prescribe specific protocols, as there will continue to be rapid evolution of instruments and methods for the foreseeable future. MIFlowCyt‐EV accommodates this evolution, while providing information needed to evaluate and compare different approaches. Because MIFlowCyt‐EV will ensure consistency in the manner of reporting of EV‐FC studies, over time we expect that adoption of MIFlowCyt‐EV as a standard for reporting EV‐ FC studies will improve the ability to quantitatively compare results from different laboratories and to support the development of new instruments and assays for improved measurement of EVs.

ABSTRACT Extracellular vesicles (EVs) mediate targeted cellular interactions in normal and pathophysiological conditions and are increasingly recognised as potential biomarkers, therapeutic agents and drug delivery vehicles. Based on their size and biogenesis, EVs are classified as exosomes, microvesicles and apoptotic bodies. Due to overlapping size ranges and the lack of specific markers, these classes cannot yet be distinguished experimentally. Currently, it is a major challenge in the field to define robust and sensitive technological platforms being suitable to resolve EV heterogeneity, especially for small EVs (sEVs) with diameters below 200 nm, i.e. smaller microvesicles and exosomes. Most conventional flow cytometers are not suitable for the detection of particles being smaller than 300 nm, and the poor availability of defined reference materials hampers the validation of sEV analysis protocols. Following initial reports that imaging flow cytometry (IFCM) can be used for the characterisation of larger EVs, we aimed to investigate its usability for the characterisation of sEVs. This study set out to identify optimal sample preparation and instrument settings that would demonstrate the utility of this technology for the detection of single sEVs. By using CD63eGFP‐labelled sEVs as a biological reference material, we were able to define and optimise IFCM acquisition and analysis parameters on an Amnis ImageStreamX MkII instrument for the detection of single sEVs. In addition, using antibody‐labelling approaches, we show that IFCM facilitates robust detection of different EV and sEV subpopulations in isolated EVs, as well as unprocessed EV‐containing samples. Our results indicate that fluorescently labelled sEVs as biological reference material are highly useful for the optimisation of fluorescence‐based methods for sEV analysis. Finally, we propose that IFCM will help to significantly increase our ability to assess EV heterogeneity in a rigorous and reproducible manner, and facilitate the identification of specific subsets of sEVs as useful biomarkers in various diseases.

This 40-color flow cytometry-based panel was developed for in-depth immunophenotyping of the major cell subsets present in human peripheral blood. Sample availability can often be limited, especially in cases of clinical trial material, when multiple types of testing are required from a single sample or timepoint. Maximizing the amount of information that can be obtained from a single sample not only provides more in-depth characterization of the immune system but also serves to address the issue of limited sample availability. The panel presented here identifies CD4 T cells, CD8 T cells, regulatory T cells, γδ T cells, NKT-like cells, B cells, NK cells, monocytes and dendritic cells. For each specific cell type, the panel includes markers for further characterization by including a selection of activation and differentiation markers, as well as chemokine receptors. Moreover, the combination of multiple markers in one tube might lead to the discovery of new immune phenotypes and their relevance in certain diseases. Of note, this panel was designed to include only surface markers to avoid the need for fixation and permeabilization steps. The panel can be used for studies aimed at characterizing the immune response in the context of infectious or autoimmune diseases, monitoring cancer patients on immuno- or chemotherapy, and discovery of unique and targetable biomarkers. Different from all previously published OMIPs, this panel was developed using a full spectrum flow cytometer, a technology that has allowed the effective use of 40 fluorescent markers in a single panel. The panel was developed using cryopreserved human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from healthy adults (Table 1). Although we have not tested the panel on fresh PBMCs or whole blood, it is anticipated that the panel could be used in those sample preparations without further optimization. @ 2020 Cytek Biosciences, Inc. Cytometry Part A published by Wiley Periodicals LLC on behalf of International Society for Advancement of Cytometry.

Flow cytometry (FCM) offers a multiparametric technology capable of characterizing single extracellular vesicles (EVs). However, most flow cytometers are designed to detect cells, which are larger than EVs. Whereas cells exceed the background noise, signals originating from EVs partly overlap with the background noise, thereby making EVs more difficult to detect than cells. This technical mismatch together with complexity of EV-containing fluids causes limitations and challenges with conducting, interpreting and reproducing EV FCM experiments. To address and overcome these challenges, researchers from the International Society for Extracellular Vesicles (ISEV), International Society for Advancement of Cytometry (ISAC), and the International Society on Thrombosis and Haemostasis (ISTH) joined forces and initiated the EV FCM working group. To improve the interpretation, reporting, and reproducibility of future EV FCM data, the EV FCM working group published an ISEV position manuscript outlining a framework of minimum information that should be reported about an FCM experiment on single EVs (MIFlowCyt-EV). However, the framework contains limited background information. Therefore, the goal of this compendium is to provide the background information necessary to design and conduct reproducible EV FCM experiments. This compendium contains background information on EVs, the interaction between light and EVs, FCM hardware, experimental design and preanalytical procedures, sample preparation, assay controls, instrument data acquisition and calibration, EV characterization, and data reporting. Although this compendium focuses on EVs, many concepts and explanations could also be applied to FCM detection of other particles within the EV size range, such as bacteria, lipoprotein particles, milk fat globules, and viruses.

For an emerging disease like COVID-19, systems immunology tools may quickly identify and quantitatively characterize cells associated with disease progression or clinical response. With repeated sampling, immune monitoring creates a real-time portrait of the cells reacting to a novel virus before disease specific knowledge and tools are established. However, single cell analysis tools can struggle to reveal rare cells that are under 0.1% of the population. Here, the machine learning workflow Tracking Responders Expanding (T-REX) was created to identify changes in both very rare and common cells in diverse human immune monitoring settings. T-REX identified cells that were highly similar in phenotype and localized to hotspots of significant change during rhinovirus and SARS-CoV-2 infections. Specialized reagents used to detect the rhinovirus-specific CD4

ABSTRACT The need for more in-depth exploration of the human immune system has moved the flow cytometry field forward with advances in instrumentation, reagent development and user-friendly implementations of data analysis methods. The increase in the number of markers evaluated simultaneously requires a careful selection of highly overlapping dyes to avoid introducing detrimental spread and compromising population resolution. In this manuscript, we present the strategy used in the development of a high-quality human 45-color panel which allows for comprehensive characterization of major cell lineages present in circulation including T cells, gamma delta T cells, NKT-like cells, B cells, NK cells, monocytes, basophils, dendritic cells, and ILCs, as well as more in-depth characterization of memory T cells. The steps taken to ensure that each marker in the panel was optimally resolved are discussed in detail. We highlight the outstanding discernment of cell activation, exhaustion, memory, and differentiation states of CD4+ and CD8+ T cells using this 45-color panel, enabling an in-depth description of very distinct phenotypes associated with the complexity of the T cell memory response. Furthermore, we present how this panel can be effectively used for cell sorting on instruments with a similar optical layout to achieve the same level of resolution. Functional evaluation of sorted specific rare cell subsets demonstrated significantly different patterns of immunological responses to stimulation, supporting functional and phenotypic differences within the T cell memory subsets. In summary, the combination of flow cytometry full spectrum technology, careful assay design and optimization, results in high resolution multiparametric assays. This approach offers the opportunity to fully characterize immunological profiles present in peripheral blood in the context of infectious diseases, autoimmunity, neurodegeneration, immunotherapy, and biomarker discovery. PURPOSE AND APPROPRIATE SAMPLE TYPES This 45-color flow cytometry-based panel was developed as an expansion of the previously published OMIP-069 [1] and serves as an in-depth immunophenotyping of the major cell subsets present in human peripheral blood. The goal of this panel is to maximize the amount of high-quality data that can be acquired from a single sample, not only for more in-depth characterization of the immune system, but also to address the issue of limited sample availability. The panel’s development included identifying fluorochromes that could improve the performance of the original 40-color panel and expanding the number of markers for deeper delineation of memory status of T cell subpopulations. To increase the number of markers, it was critical that any expansion did not negatively impact the resolution and quality of the data. To achieve this, the fluorochrome combinations were carefully characterized to ensure optimal resolution of each marker. The panel allows for deep characterization of the major cell lineages present in circulation (CD4 T cells, CDS T cells, regulatory T cells, yo T cells, NKT-like cells, B cells, NK (Natural Killer) cells, monocytes, and dendritic cells), while also providing an in-depth characterization of the T cell compartment, with a combination of activation, inhibitory, exhaustion, and differentiation markers. The panel supports deep exploration of the memory status of CD4 + T cells, CDS + T cells, and NKT-like cells. The steps taken in the optimization of the panel ensured outstanding resolution of each marker within the multicolor panel and unequivocal identification of each cell subset. This panel design and optimization will enhance the ability to characterize immunological profiles present in peripheral blood in the context of oncology, infectious diseases, autoimmunity, neurodegeneration, immunotherapy, and biomarker discovery. The panel was developed using fresh and cryopreserved human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from healthy adults. We have not tested the panel on whole blood or biopsies; hence it is anticipated that the panel might require further optimization to be used with other sample types.

There has been renewed interest in the use of flow cytometry for single particle phenotypic analysis of particles in the nanometer size-range such as viruses, organelles, bacteria and extracellular vesicles (EVs). However, many of these particles are smaller than 200 nm in diameter, which places them at the limit of detection for many commercial flow cytometers. The use of reference particles of diameter, fluorescence, and light-scattering properties akin to those of the small biological particles being studied is therefore imperative for accurate and reproducible data acquisition and reporting across different instruments and analytical technologies. We show here that an engineered murine leukemia virus (MLV) can act as a fluorescence reference particle for other small particles such as retroviruses and EVs. More specifically, we show that engineered MLV is a highly monodisperse enveloped particle that can act as a surrogate to demonstrate the various effects of antibody labeling on the physical properties of small biological particles in a similar diameter range.

Mass cytometry is a powerful tool for high dimensional single cell characterization. Since the introduction of the first commercial CyTOF mass cytometer by DVS Sciences in 2009, mass cytometry technology has matured and become more widely utilized, with sequential platform upgrades designed to address specific limitations and to expand the capabilities of the platform. The 3rd generation Fluidigm Helios mass cytometer introduced a number of upgrades over the previous CyTOF2. One of these new features is a modified narrow bore sample injector that generates smaller ion clouds, which is expected to improve sensitivity and throughput. However, following rigorous testing we find that the narrow-bore sample injector may have unintended negative consequences on data quality and result in lower median signal intensities and higher coefficients of variation in antibody expression. We describe an alternative Helios acquisition protocol using a wider bore injector, which largely mitigates these data quality issues. We directly compare these two protocols in a multi-site study of 10 Helios instruments across 7 institutions and show that the modified protocol improves data quality and reduces inter-instrument variability. These findings highlight and address an important source of technical variability in mass cytometry experiments that is of particular relevance in the setting of multi-center studies.