Cell：创新单细胞技术开启生物学研究全新篇章

　　

生物通报道  苏黎世联邦理工学院（ETH）的研究人员开发出了一种利用纳米注射器的新方法，这一纳米注射器的微型针能够穿透单个活细胞，提取出它们的内容物。这一技术可用于细胞培养物，例如调查细胞的内部。这使得科学家们能够在分子水平上确定单个细胞间的差异，以及鉴别和分析稀有细胞类型。这项研究工作发布在《细胞》（Cell）杂志上。

苏黎世联邦理工学院生物学系教授Julia Vorholt说：“我们的方法开辟了生物学研究的新领域。可以说是一个全新篇章的开始。”

新方法具有许多的优点：研究人员可以直接在培养皿中抽取组织培养物的单细胞。Vorholt教授研究组博士后Orane Guillaume-Gentil说：“这意味着我们可以研究细胞对邻近细胞的影响。”采用一些传统的方法不可能开展这类研究，因为分子分析通常需要首先物理上分离随后破坏细胞。

细胞仍活着

最为重要地是，科学家们可以非常精确地控制显微针，以致能够收集细胞核内容物，或是细胞核周围的细胞内液——细胞溶质。最后但同样重要地是，研究人员可以难以置信的精度来确定他们提取的细胞内物质的量，少至十分之一微微升(picoliter)。相比较而言：一个细胞容量要大10-100倍。

提取出一些分子的细胞仍然活着，因此研究人员可以多次取样同一活细胞以分析它的RNA和蛋白——在未来甚至可能是代谢物。Vorholt说：“我们惊讶地发现我们检测的细胞甚至在我们已提取出大部分细胞溶质后仍然存活。”这凸显了生物细胞惊人的可塑性。

扩展应用

新的细胞提取方法基于过去几年苏黎世联邦理工学院开发的一种显微注射系统FluidFM，意思是“世界上最小的自动化注射器”。这为生物学家们提供了一种方法将物质注射到单个细胞中。FluidFM和它的纳米注射器也适合于通过真空轻柔地吸取细胞，将它们重置于别的地方。

了解Fluidigm的C1单细胞自动制备系统的更多信息

Vorholt教授和她的研究小组进一步发展了这一系统，使得也能够抽提来自细胞隔室的物质。Guillaume-Gentil说：“尤其重要的一个方面是要为显微针找到一种合适的涂层，防止细胞物质污染。”另一个挑战是改进细胞分子分析技术（例如检测酶活性）至微小测量容量。

2016年5月，加拿大蒙特利尔大学和麦吉尔大学的研究团队在Nature Communications杂志上发布了一种强大的单细胞标记技术。这种光漂白细胞标记法（CLaP）将成为研究者们的宝贵工具，广泛用于各个领域的科学研究，特别是基因组学研究（Nature子刊发布突破性单细胞标记技术 ）。

由英国及比利时的研究人员开发出的一种新方法，使得在单细胞中同时研究表观基因组及转录组成为可能。发布在2016年1月Nature Methods上的实验方案，可帮助科学家们精确描绘出DNA甲基化改变与基因表达之间的关系（Nature Methods：突破性单细胞表观基因组与转录组分析新技术）。

哈佛医学院的研究人员在2015年的Cell杂志上发表了两篇独立的论文称，他们的实验室开发出了一些高通量技术，能够在样本进入到搅拌器中去之前，快速、轻松、廉价地赋予每个细胞独特的遗传条形码。由此，科学家们可以分析复杂的组织，描绘出每个细胞的概况。研究小组希望他们的技术将能够帮助生物学家们更深入地发现和分类机体中的细胞类型，绘制出大脑一类复杂组织中的细胞多样性图谱，更好地了解干细胞分化，以及获得更多有关疾病遗传学的认识（两篇Cell文章：廉价的单细胞基因表达分析新技术 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Guillaume-Gentil O, Grindberg RV, Kooger R, Dorwling-Cater L, Martinez V, Ossola D, Pilhofer M, Zambelli T, Vorholt JA: Tunable single-cell extraction for molecular analysis. Cell 2016, 166: 506-516, doi: 10.1016/j.cell.2016.06.025 [http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.06.025]