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青島能源所發(fā)明拉曼激活單細(xì)胞液滴分選技術(shù)

時間:2017-11-9 閱讀:1645
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【中國化工儀器網(wǎng) 技術(shù)前沿】單個細(xì)胞是地球上細(xì)胞生命體功能和進(jìn)化的基本單元。單細(xì)胞精度的高通量功能分選是解析生命體系異質(zhì)性機(jī)制、探索自然界微生物暗物質(zhì)的重要工具。單細(xì)胞拉曼光譜(SCRS)能夠在無標(biāo)記、無損的前提下揭示細(xì)胞固有的化學(xué)組成,因此拉曼激活細(xì)胞分選技術(shù)(RACS)日益受到關(guān)注。但分選通量是當(dāng)前限制其廣泛應(yīng)用的瓶頸。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞中心研究員馬波與徐健帶領(lǐng)的多學(xué)科交叉團(tuán)隊,通過耦合SCRS和液滴微流控技術(shù),發(fā)明了拉曼激活單細(xì)胞液滴分選技術(shù)(Raman-activated single-cell Droplet Sorting; RADS),這是目前已公開報道的工作中分選通量zui高的RACS系統(tǒng)。相關(guān)研究工作在線發(fā)表在Analytical Chemistry上。   科研人員前期發(fā)明了基于微流控芯片的流式RACS技術(shù),通過集成基于介電的單細(xì)胞捕獲釋放和電磁閥吸吮技術(shù),實現(xiàn)了高速流動狀態(tài)下單細(xì)胞的捕獲、拉曼采集、釋放和分選,通量達(dá)~60個細(xì)胞/分鐘。為了進(jìn)一步提高通量,研究人員提出,單細(xì)胞經(jīng)液滴包裹后,通過耦合介電可實現(xiàn)超高通量分選。液滴包裹不僅可以保護(hù)細(xì)胞免受分選過程中的損傷,還可與分選后細(xì)胞的培養(yǎng)、DNA、RNA、蛋白等的提取與分析等無縫銜接。因此,RADS技術(shù)有著廣闊應(yīng)用前景。   然而,在RADS技術(shù)中存在諸多技術(shù)難題。首先,液滴表面凸/凹的形狀會產(chǎn)生透鏡效應(yīng),影響拉曼激光聚焦,降低空間分辨率,導(dǎo)致無法獲取液滴中細(xì)胞的拉曼信號。其次,單細(xì)胞液滴包裹需要油相的引入,而油相具有強(qiáng)拉曼背景,會嚴(yán)重影響細(xì)胞拉曼信號的獲取。第三,如何實現(xiàn)拉曼采集、分析、單細(xì)胞液滴包裹及分選的自動化集成未見先例。研究人員巧妙利用先獲取單細(xì)胞拉曼信號,后進(jìn)行單細(xì)胞液滴包裹的策略,有效解決了液滴對拉曼信號采集的影響;在線集成液滴發(fā)生和分選同步進(jìn)行,簡化了系統(tǒng)操作步驟;zui后,通過自主開發(fā)的軟件,實現(xiàn)了拉曼采集、分析、單細(xì)胞液滴包裹及分選的高度自動化。該系統(tǒng)實現(xiàn)了高產(chǎn)蝦青素之雨生紅球藻的化(分選準(zhǔn)確率高達(dá)98.3%)、高通量(260細(xì)胞/分鐘)篩選。研究表明,分選后有92.7%的雨生紅球藻細(xì)胞保持活性并可增殖,和未經(jīng)分選的對照組相比沒有顯著性差異,這說明RADS技術(shù)充分保護(hù)了細(xì)胞的活性。   前期研究已證明,基于單細(xì)胞拉曼成像的拉曼組(Ramanome)技術(shù)能夠非標(biāo)記、非破壞性地識別與分析幾近無限的細(xì)胞功能。與拉曼組技術(shù)相耦合的RADS將能夠高通量分選廣泛的細(xì)胞功能,從而允許下游特定功能單細(xì)胞的培養(yǎng)或組學(xué)分析。這一工作為研制高度通量化與集成化的單細(xì)胞拉曼分選與測序系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。   研究工作得到了得到了中科院儀器專項、國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金等的支持。   編輯點(diǎn)評   單細(xì)胞精度的高通量功能分選是解析生命體系異質(zhì)性機(jī)制、探索自然界微生物暗物質(zhì)的重要工具。單細(xì)胞拉曼光譜(SCRS)能夠在無標(biāo)記、無損的前提下揭示細(xì)胞固有的化學(xué)組成,拉曼激活細(xì)胞分選技術(shù)(RACS)日益受到關(guān)注。青島能源所發(fā)明拉曼激活單細(xì)胞液滴分選技術(shù),為研制高度通量化與集成化的單細(xì)胞拉曼分選與測序系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。   (原標(biāo)題:青島能源所發(fā)明拉曼激活單細(xì)胞液滴分選技術(shù))

(來源:青島生物能源與過程研究所)
 

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