單細(xì)胞生物學(xué)不僅能夠闡釋生物學(xué)的基本反應(yīng)過程，而且促進(jìn)了人類對(duì)自身奧秘的解讀。在傳統(tǒng)的多細(xì)胞體外分析基礎(chǔ)上，單細(xì)胞分析已成為細(xì)胞研究的前沿與重中之重。因此，建立原位、無(wú)損、精準(zhǔn)的單細(xì)胞分析方法將對(duì)細(xì)胞研究起到極大的推進(jìn)作用。

近期，清華大學(xué)的林金明教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種基于微流控芯片技術(shù)的“單細(xì)胞提取器”，可對(duì)任意貼壁生長(zhǎng)單細(xì)胞進(jìn)行原位、無(wú)損地提取。不僅成功地揭示了細(xì)胞粘附強(qiáng)度與細(xì)胞活性之間的關(guān)聯(lián)，而且為單細(xì)胞質(zhì)譜、單細(xì)胞電泳、單細(xì)胞基因檢測(cè)等提供了一種新的樣品提取方法。通過包含兩個(gè)平行微通道的探針式微流控芯片設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了開放環(huán)境下微區(qū)域流體的控制。該區(qū)域中的胰蛋白酶可以定點(diǎn)的作用于位于芯片下端的單細(xì)胞，通過破壞細(xì)胞-基板間連接基質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞的提取與粘附強(qiáng)度分析。相關(guān)成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 236-240）上，并被當(dāng)期選為熱點(diǎn)文章（Hot Paper），文章的第一作者為清華大學(xué)在站博士后毛思鋒博士。

圖1. 基于微流控芯片的單細(xì)胞提取與原位分析技術(shù)。

基于這一技術(shù)，作者首先研究了細(xì)胞異質(zhì)性，成功揭示了細(xì)胞粘附強(qiáng)度差異及其與細(xì)胞形態(tài)的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果顯示，細(xì)胞個(gè)體的粘附性存在著較大差異；細(xì)胞粘附性與細(xì)胞面積、周長(zhǎng)、費(fèi)雷特直徑等皆存在不同程度的正相關(guān)。其中，細(xì)胞粘附性與細(xì)胞面積的正相關(guān)性最高。

圖2. 單細(xì)胞原位提取過程及細(xì)胞粘附性與細(xì)胞形態(tài)的關(guān)聯(lián)性。

進(jìn)一步地，該團(tuán)隊(duì)成功闡釋了單細(xì)胞水平上細(xì)胞粘附性與細(xì)胞還原型谷胱甘肽含量、氧化型谷胱甘肽含量、線粒體數(shù)量及細(xì)胞核狀態(tài)的關(guān)聯(lián)。該文首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)貼壁細(xì)胞的粘附性和活性關(guān)聯(lián)性的單細(xì)胞水平分析，對(duì)單細(xì)胞研究有著重大意義。

圖3. 單細(xì)胞水平上細(xì)胞粘附性與細(xì)胞活性的關(guān)聯(lián)性。

該工作提出的單細(xì)胞提取技術(shù)不僅成功揭示了細(xì)胞異質(zhì)性及細(xì)胞粘附與細(xì)胞形態(tài)的關(guān)聯(lián)，而且提供了一種非接觸式、無(wú)損的、具有區(qū)域選擇性的單細(xì)胞分析技術(shù)。該技術(shù)在研究大量細(xì)胞中的特定細(xì)胞群或特定單細(xì)胞具有極其優(yōu)秀的性能。能夠在細(xì)胞生長(zhǎng)的溶液氛圍下提取任意單細(xì)胞，而且能夠完好保持細(xì)胞的活性。文中建立的技術(shù)為單細(xì)胞質(zhì)譜及單細(xì)胞探針評(píng)價(jià)提供了全新的技術(shù)。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委（214350002）和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的資助 (2017YFC0906800)。

該論文作者為：Sifeng Mao, Wanling Zhang, Qiushi Huang, Mashooq Khan, Haifang Li, Katsumi Uchiyama, Jin-Ming Lin*

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