基于微流控芯片的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Na+、K+、Mg2+、Ca2+的同時單細(xì)胞分析
在神經(jīng)系統(tǒng)中，各種金屬離子相互關(guān)聯(lián)共同發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。金屬離子的超載或缺乏都會導(dǎo)致一系列神經(jīng)退行性疾病。因此，神經(jīng)系統(tǒng)中各種金屬離子的檢測對于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的基礎(chǔ)研究和臨床檢測至關(guān)重要。但是，目前基于大量細(xì)胞樣品的金屬離子檢測方法會使個體細(xì)胞的異質(zhì)性和多種金屬離子之間的精確關(guān)聯(lián)被群體細(xì)胞的平均數(shù)據(jù)掩蓋。而金屬離子的單細(xì)胞分析則有助于我們更好地認(rèn)識以上問題。
在單細(xì)胞金屬離子檢測中如何特異性地同時獲取多種金屬離子的信號并避免細(xì)胞中復(fù)雜的生物基質(zhì)干擾是該領(lǐng)域研究所面臨的重要挑戰(zhàn)。山東師范大學(xué)唐波教授（點擊查看介紹）課題組針對以上問題，將微流控芯片電泳技術(shù)與多色熒光檢測相結(jié)合，成功地實現(xiàn)了單個PC-12細(xì)胞中Na+、K+、Mg2+、Ca2+的同時檢測，方法原理如圖1所示。作者首先將細(xì)胞內(nèi)的Na+、K+、Mg2+、Ca2+用熒光探針進(jìn)行衍生標(biāo)記，然后在微流控芯片中，利用液壓結(jié)合電場操控，完成單細(xì)胞的上樣、裝載及捕獲。接下來在高壓電場的作用下細(xì)胞發(fā)生溶膜，衍生化后的四種離子由于具有不同的荷質(zhì)比，可通過芯片電泳得到高效分離。最后，他們利用課題組自行設(shè)計搭建的多色熒光檢測系統(tǒng)，可同時得到單個細(xì)胞內(nèi)四種金屬離子的電泳譜圖（圖2）。作者通過建立的方法可以順利實現(xiàn)單細(xì)胞內(nèi)四種金屬離子的同時定量檢測，并且細(xì)胞內(nèi)其他生物分子對檢測無干擾。
圖1. 基于微流控系統(tǒng)的單個PC-12細(xì)胞內(nèi)Na+、K+、Mg2+、Ca2+的同時測定原理圖
圖2. 10組單個PC-12細(xì)胞內(nèi)Na+、K+、Mg2+、Ca2+的電泳譜圖
作者進(jìn)一步將Aβ25-35刺激后的PC-12細(xì)胞作為阿爾茲海默癥的模型細(xì)胞，深入研究了該模型細(xì)胞中四種金屬離子的變化情況。研究結(jié)果表明（圖3），Aβ25-35的刺激會引起類神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)四種金屬離子的失衡，使K+ 和Mg2+ 的濃度有所下降，Na+ 和Ca2+濃度則有所升高。作者對于四種離子濃度變化的原因也做了進(jìn)一步分析。該研究方法為單細(xì)胞水平多種金屬離子的同時分析提供了新的思路，研究結(jié)果為細(xì)胞內(nèi)多種金屬離子如何協(xié)同作用調(diào)節(jié)神經(jīng)退行性疾病的研究提供了新的依據(jù)。這一成果近期發(fā)表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者為山東師范大學(xué)的青年教師李璐。
圖3. （A）Aβ25-35刺激前后Na+、K+、Ca2+、Mg2+濃度變化的正態(tài)分布圖；（B）Aβ25-35刺激前后Na+、K+、Ca2+、Mg2+濃度變化的柱狀圖
原文出處：Lu Li, Yuanyuan Fan, Qingling Li, Renjie Sheng, Haibin Si, Juan Fang, Lili Tong, and Bo Tang，Simultaneous Single-Cell Analysis of Na+, K+, Ca2+, and Mg2+ in Neuron-Like PC-12 Cells in a Microfluidic System，Anal. Chem., 2017, 89, 4559, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b05045
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標(biāo)簽: 單細(xì)胞分析 微流控芯片