單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)已成為生命科學(xué)的有力工具，但一個(gè)精準(zhǔn)、低損傷、廣譜適用、簡捷的目標(biāo)表型單細(xì)胞獲取手段，是靶向性單細(xì)胞基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組或代謝物組分析的先決條件。近日，青島能源所單細(xì)胞中心發(fā)明了光鑷輔助靜態(tài)池成像分選技術(shù)（OPSI），能“所見即所得”、保持細(xì)胞原位活性、高通量地分選明場、熒光、拉曼成像下的目標(biāo)單細(xì)胞，支撐高質(zhì)量的單細(xì)胞基因組/轉(zhuǎn)錄組測序。該技術(shù)對于細(xì)菌、古菌、真菌、動植物、人體等各種大小的細(xì)胞均廣譜適用。相關(guān)工作發(fā)表于微流控領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《芯片實(shí)驗(yàn)室》Lab on a Chip。

OPSI技術(shù)服務(wù)單細(xì)胞多組學(xué)研究

明場圖像、熒光圖像、拉曼光譜均可反映細(xì)胞豐富的表型信息，匯集上述信息并具備單細(xì)胞精度索引、所見即所得特點(diǎn)的單細(xì)胞分選技術(shù)，在單細(xì)胞分析工作中具有廣泛的適用性。單細(xì)胞中心前期基于單細(xì)胞拉曼光譜技術(shù)，開發(fā)出液相環(huán)境中測量與分選菌群中目標(biāo)微生物單細(xì)胞的拉曼分選-測序技術(shù)RAGE-Seq（Raman-activated Gravity-driven Encapsulation and Sequencing；Xu et al., Small, 2020）。該技術(shù)可在無需標(biāo)記條件下，通過拉曼光譜獲得整個(gè)單細(xì)胞的化學(xué)物質(zhì)指紋圖譜，從而迅速識別活體單細(xì)胞的生理特性和代謝產(chǎn)物變化等，更重要的是借助其小體積分離反應(yīng)的特點(diǎn)，可從單個(gè)細(xì)胞中得到幾乎完整的全基因組信息，對微生物的功能鑒定和資源開發(fā)具有重要意義。然而該技術(shù)操作過程稍顯繁瑣，分選通量較低，對于大批量的單細(xì)胞分選與分析存在一定的難度。為解決上述問題，單細(xì)胞中心徐騰博士、李遠(yuǎn)東博士帶領(lǐng)的研究小組，基于青島星賽生物的單細(xì)胞微液滴分選系統(tǒng)EasySort Compact，在RAGE-Seq技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了基于OPSI的新一代的單細(xì)胞分選耦合培養(yǎng)/測序策略。不同于流式分選技術(shù)中細(xì)胞逐個(gè)流過窄通道后成像篩選的原理，OPSI提出了一種靜態(tài)池成像分選的思路，即在微流控芯片中構(gòu)建流速為0的穩(wěn)定靜態(tài)流場，對樣本細(xì)胞進(jìn)行限域，并在該流場內(nèi)進(jìn)行平面明場、熒光成像或拉曼掃描，選取目標(biāo)細(xì)胞。之后通過低細(xì)胞損傷的1064 nm光鑷將目標(biāo)單細(xì)胞移出靜態(tài)流場，并進(jìn)行單細(xì)胞液滴包裹導(dǎo)出完成分選。

該系統(tǒng)使細(xì)胞能夠以精確索引的方式進(jìn)行分類，“所見即所得”，并廣泛適用于從細(xì)菌、古菌到人體細(xì)胞等不同尺寸大小的單細(xì)胞（直徑1~40 μm）。驗(yàn)證試驗(yàn)表明，OPSI的單細(xì)胞分選準(zhǔn)確率> 99.7%，保證10~20細(xì)胞/min的分選通量，并高度保持了細(xì)胞活性。此外，OPSI繼承了RAGE小尺寸分離反應(yīng)的特點(diǎn)，顯著降低了傳統(tǒng)單細(xì)胞基因擴(kuò)增中存在的歧化現(xiàn)象。例如，使用該系統(tǒng)分選人體MCF-7單細(xì)胞進(jìn)行RNA-seq，可獲得高質(zhì)量和高可重復(fù)性的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組譜。OPSI的通用性、方便性、靈活性和低成本等優(yōu)勢，為其在單細(xì)胞多組學(xué)研究中提供了廣闊的應(yīng)用前景。

基于OPSI的上述特色，單細(xì)胞中心和青島星賽生物合作推出了自動化、智能化的單細(xì)胞微液滴分選系統(tǒng)（EasySort Lego/Compact）系列產(chǎn)品，并與國際顯微鏡和顯微光譜儀領(lǐng)軍產(chǎn)商（如賽默飛Thermo Fisher Scientific、堀場HORIBA等）合作，在全球科學(xué)儀器市場進(jìn)行推廣。

該工作由單細(xì)胞中心馬波研究員和徐健研究員主持，與青島星賽生物合作完成，得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金委和國家自然科學(xué)基金委的資助。（文/圖 徐騰 劉陽）