單細胞生物學不僅能夠闡釋生物學的基本反應過程，而且促進了人類對自身奧秘的解讀。在傳統的多細胞體外分析基礎上，單細胞分析已成為細胞研究的前沿與重中之重。因此，建立原位、無損、精準的單細胞分析方法將對細胞研究起到極大的推進作用。
近期，清華大學的林金明教授團隊報道了一種基于微流控芯片技術的“單細胞提取器”，可對任意貼壁生長單細胞進行原位、無損地提取。不僅成功地揭示了細胞粘附強度與細胞活性之間的關聯，而且為單細胞質譜、單細胞電泳、單細胞基因檢測等提供了一種新的樣品提取方法。通過包含兩個平行微通道的探針式微流控芯片設計，實現了開放環境下微區域流體的控制。該區域中的胰蛋白酶可以定點的作用于位于芯片下端的單細胞，通過破壞細胞-基板間連接基質，實現了單細胞的提取與粘附強度分析。相關成果發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 236-240）上，并被當期選為熱點文章（Hot Paper），文章的第一作者為清華大學在站博士后毛思鋒博士。
圖1. 基于微流控芯片的單細胞提取與原位分析技術。
基于這一技術，作者首先研究了細胞異質性，成功揭示了細胞粘附強度差異及其與細胞形態的關聯性。結果顯示，細胞個體的粘附性存在著較大差異；細胞粘附性與細胞面積、周長、費雷特直徑等皆存在不同程度的正相關。其中，細胞粘附性與細胞面積的正相關性最高。
圖2. 單細胞原位提取過程及細胞粘附性與細胞形態的關聯性。
進一步地，該團隊成功闡釋了單細胞水平上細胞粘附性與細胞還原型谷胱甘肽含量、氧化型谷胱甘肽含量、線粒體數量及細胞核狀態的關聯。該文首次實現了對貼壁細胞的粘附性和活性關聯性的單細胞水平分析，對單細胞研究有著重大意義。
圖3. 單細胞水平上細胞粘附性與細胞活性的關聯性。
該工作提出的單細胞提取技術不僅成功揭示了細胞異質性及細胞粘附與細胞形態的關聯，而且提供了一種非接觸式、無損的、具有區域選擇性的單細胞分析技術。該技術在研究大量細胞中的特定細胞群或特定單細胞具有極其優秀的性能。能夠在細胞生長的溶液氛圍下提取任意單細胞，而且能夠完好保持細胞的活性。文中建立的技術為單細胞質譜及單細胞探針評價提供了全新的技術。
該工作得到了國家自然科學基金委（214350002）和國家重點研發項目的資助 (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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