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清华大学林金明教授团队:微流控芯片单细胞分析方法取得新进展

单细胞生物学不仅能够阐释生物学的基本反应过程,而且促进了人类对自身奥秘的解读。在传统的多细胞体外分析基础上,单细胞分析已成为细胞研究的前沿与重中之重。因此,建立原位、无损、精准的单细胞分析方法将对细胞研究起到极大的推进作用。

近期,清华大学林金明教授团队报道了一种基于微流控芯片技术的“单细胞提取器”,可对任意贴壁生长单细胞进行原位、无损地提取。不仅成功地揭示了细胞粘附强度与细胞活性之间的关联,而且为单细胞质谱、单细胞电泳、单细胞基因检测等提供了一种新的样品提取方法。通过包含两个平行微通道的探针式微流控芯片设计,实现了开放环境下微区域流体的控制。该区域中的胰蛋白酶可以定点的作用于位于芯片下端的单细胞,通过破坏细胞-基板间连接基质,实现了单细胞的提取与粘附强度分析。相关成果发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.201857, 236-240)上,并被当期选为热点文章(Hot Paper),文章的第一作者为清华大学在站博士后毛思锋博士。

图1. 基于微流控芯片的单细胞提取与原位分析技术。

1. 基于微流控芯片的单细胞提取与原位分析技术。

基于这一技术,作者首先研究了细胞异质性,成功揭示了细胞粘附强度差异及其与细胞形态的关联性。结果显示,细胞个体的粘附性存在着较大差异;细胞粘附性与细胞面积、周长、费雷特直径等皆存在不同程度的正相关。其中,细胞粘附性与细胞面积的正相关性最高。

图2. 单细胞原位提取过程及细胞粘附性与细胞形态的关联性。

2. 单细胞原位提取过程及细胞粘附性与细胞形态的关联性。

进一步地,该团队成功阐释了单细胞水平上细胞粘附性与细胞还原型谷胱甘肽含量、氧化型谷胱甘肽含量、线粒体数量及细胞核状态的关联。该文首次实现了对贴壁细胞的粘附性和活性关联性的单细胞水平分析,对单细胞研究有着重大意义。

3. 单细胞水平上细胞粘附性与细胞活性的关联性。

该工作提出的单细胞提取技术不仅成功揭示了细胞异质性及细胞粘附与细胞形态的关联,而且提供了一种非接触式、无损的、具有区域选择性的单细胞分析技术。该技术在研究大量细胞中的特定细胞群或特定单细胞具有极其优秀的性能。能够在细胞生长的溶液氛围下提取任意单细胞,而且能够完好保持细胞的活性。文中建立的技术为单细胞质谱及单细胞探针评价提供了全新的技术。

 

该工作得到了国家自然科学基金委(214350002)和国家重点研发项目的资助 (2017YFC0906800)。

该论文作者为:Sifeng Mao, Wanling Zhang, Qiushi Huang, Mashooq Khan, Haifang Li, Katsumi Uchiyama, Jin-Ming Lin*

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