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利用台式扫描仪实现低成本的单细胞外囊泡分泌分析

细胞是生命存在的基础,细胞研究是探索生命健康与疾病的基本条件和起点。长期以来,人们假定细胞群是同类的,但是越来越多的研究表明,即便是较小的细胞群中也确实存在较大的差异。单细胞分析能够从各个方面深入理解生命过程,有望解决目前困扰生物医学领域发展的关键科学问题-细胞功能异质性。近年来,单细胞分析技术迅速发展并大大推动了生物医学的研究。然而目前绝大部分的单细胞分析技术往往依赖于体积庞大、价格昂贵的仪器进行单细胞计数以及生物分子信号检测。以单细胞外囊泡(Extracellular vesicle, EV)分泌分析为例,单细胞外囊泡分析一般需要如荧光显微镜和激光微阵列扫描仪等仪器完成实验流程,这些仪器价格昂贵、体积较大,很难广泛推广应用。因此,人们急需一种简便、易于操作和低成本的分析平台实现单细胞外囊泡分泌物的检测,以更好的认识细胞间通讯、信息交换的重要媒介-细胞外囊泡的分泌异质性。


针对上述问题,中国科学院大连化学物理研究所陆瑶研究员(点击查看介绍)课题组在前期工作基础上(PNAS2019116, 5979-5984),通过将免疫金银染色技术和泊松分布统计相结合,在普通台式扫描仪上实现了无需细胞计数的高通量单细胞外囊泡分泌分析。该平台由高通量微孔阵列芯片和抗体涂层玻片组成,微孔阵列芯片用于捕获单细胞,抗体涂层玻片用于捕获单细胞分泌的外囊泡。免疫金银染色是一种被广泛采用的染色方法,具有成本低、可靠性强等优点。金纳米颗粒可以催化溶液中的银离子还原,使得金属银在胶体金表面产生灰色沉积,便于利用台式扫描仪可视化检测结果。泊松分布是一种离散概率分布,适合于描述单位时间内随机事件的发生次数,在微孔阵列芯片中捕获细胞服从泊松分布的规律。通过优化细胞密度、体积,使得微孔中捕获的细胞数目绝大多数为单细胞。研究者利用该便携式检测平台,分析了人口腔鳞癌细胞系和口腔鳞癌患者原代细胞分泌的不同表型的外囊泡,获得了与免疫荧光分析类似的结果。利用该平台,研究者也发现当口腔鳞癌肿瘤细胞处于侵袭状态时,CD63+表型的外囊泡分泌显著减少。此外,研究者提出利用群体细胞条件培养液作为标准品实现对每个单细胞分泌外囊泡的数量的定量分析,从而可以直接比较不同表型的外囊泡在分泌数量、分泌率等方面的差异。

图1. 利用普通台式扫描仪实现高通量单细胞EV分泌分析。A、单细胞EV分泌分析平台仪器设备实物图。B、微孔中捕获的细胞数量实验值和理论值的比较,两者之间有很好的相关性。C、单细胞EV分泌频率理论值与实验值的相关性。D、口腔鳞癌SCC25细胞系单细胞CD9+CD63+EV和CD63+EV分泌速率的比较。图片来源:Anal. Chem.


上述技术克服了单细胞分析对昂贵仪器的依赖(包括显微镜和微阵列基因芯片扫描仪),具有设备简单、易于操作且低成本的优点,有望广泛应用细胞外囊泡相关的基础、临床研究。相关成果发表在国际杂志Analytical Chemistry上。


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High-Throughput Single-Cell Extracellular Vesicle Secretion Analysis on a Desktop Scanner without Cell Counting

Fengjiao Zhu, Yahui Ji, Linmei Li, Xue Bai, Xianming Liu, Yong Luo, Tingjiao Liu, Bingcheng Lin, and Yao Lu*

Anal. Chem., 202193, 13152–13160, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c01446


导师介绍

陆瑶

https://www.x-mol.com/university/faculty/308746 


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