微流控技术——创新驱动使单细胞分析简单化-汶颢股份
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微流控技术——创新驱动使单细胞分析简单化

单细胞分析可以揭示生命基本单元,该领域技术的创新可以更有效的对复杂疾病进行诊断,更好地预测治疗结果,为治疗方案的选择提供更大的信心。细胞是生物体结构和功能的基本单位,其体积极小,检测样品量也很少。因此,提高检测方法的灵敏度是细胞分析面临的一个极大的挑战。传统的方法是对一组细胞进行分析,研究结果只能得到一群细胞的平均值,并不考虑细胞异质性,掩盖了细胞水平上许多复杂功能过程。例如免疫反应过程,其中单个细胞的影响可能比整体水平更重要。开发单细胞培养、分选、操纵、定位、分离以及检测分析方法,研究细胞的异质性,对疾病诊断、药物筛选等方面都具有极其重要的意义。

单细胞分析技术的引入为研究在天然存在和基因工程化群体中发现的稀有变异细胞开辟了新的可能性,包括循环肿瘤细胞(CTC),免疫系统内的抗原特异性淋巴细胞和造血干细胞(HSC)。这些罕见的变异,发生率为百万分之一或十亿分之一,可以揭示有关致癌突变,检测耐药性,从而寻求新的治疗方法和药物。单细胞分析加快了人们对个体组织中细胞变异和分化的理解,使人们更深入地了解基因表达,细胞周期过程。人类细胞图谱计划正在使用单细胞技术来绘制和探索个体内的细胞差异,了解它们之间如何发生相互作用。这项工作将为生物学和医学带来深远的影响,将我们对解剖学、细胞发展、生理学、病理学、细胞内调节、细胞间通信的理解提高到一个新的水平,成为疾病研究的重要参考。

创新驱动使单细胞分析简单化 

一些分子如细胞因子和抗体,代表了治疗癌症,炎症性疾病和免疫疾病新颖且极具商业吸引力的治疗选择,其中单克隆抗体是目前增长最快。预测表明,到2020年这个市场的价值将达到约1250亿美元。不出所料,许多开发商正在寻求最有效和最精确的单克隆抗体鉴定和生成方法,以满足不断增长的治疗需求,并推进这一医学领域。这类治疗仅支持具针对性的疾病管理,但是鉴定细胞的分泌靶蛋白的特异性和/或生产率可能需要分析几百万或数十亿个细胞。

产量和灵敏度之间很难平衡

要使单细胞分析真正具有商业可行性,必须优化系统和程序,这是一项高昂的技术挑战。在细胞群体中测量单个细胞释放的分泌蛋白(如抗体)非常困难,因为这些分子很快就会在细胞周围消失。另外,原代细胞(来自人体)非常脆弱,需要小心处理。在这种细胞分析中,常规技术通常达不到所需的高通量和灵敏度之间的最佳平衡。

流式细胞术或荧光激活细胞分选(FACS)技术可以实现高通量,但是对于精细的原代细胞系损伤较大。有限稀释法和克隆挑取法比流式细胞术更少磨损,但产量方面相对较低。克隆挑取法通常在三周的时间内完成大约10,000次细胞检测。因此,开发者努力寻求全自动化的集成系统,既能保证高通量,又能对细胞精细处理,同时具有测量较难分子如分泌蛋白的潜力。

另外,药品研发和细胞系开发工作流程中,进行单细胞分析,分选,成像,分配,每个过程都需要不同的仪器操作,耗时且成本高。

微流芯片和微液滴技术

微流控技术为单细胞分离和分析提供了一种新的解决方案,这种方法在生物制药行业中变得越来越流行。通过使用最新的微流路技术,每天可以对数百万个的微液滴进行调整,解析,分选,融合,分割,回收,分配等操作。每秒可以形成10万个以上的微液滴pL~nL), 可以解析在微液滴中分泌的抗体等生理物质。通过使用最新开发的表面活性剂可以使微液滴长期保持安定。

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