细胞死活分析

今年1月1日起，江苏瑞明生物科技有限公司的实时单细胞多模态分析仪正式加入PerkinElmer生命科学产品序列！江苏瑞明 实时原位单细胞生化分析仪（点击索取报价参数）实时单细胞多模态分析仪功能概述单细胞研究对于理解细胞的组成、生理行为与功能的多样性具有重要意义，基因组、转录组、蛋白组、代谢组学等分析技术为单细胞研究提供了有力工具。实时单细胞多模态分析仪可以实时、连续、定量检测单个活细胞的小分子含量及酶活性。核心特点主要性能实时单细胞多指标检测：实时检测单个活细胞内小分子含量（如葡萄糖、乳酸、ATP、胆固醇、Ca2+、K+等）及酶活性 （葡萄糖苷酶、鞘磷脂酶、乳酸脱氢酶等），可匹配160余种商品化试剂盒；实时亚细胞原位检测：在亚细胞水平（胞质、胞核、胞膜）实时连续、原位检测；超微量提取、注射：单细胞水平提取细胞器（如溶酶体、线粒体）、胞质进行质谱或其它平台的联用分析；单细胞注射药物、代谢剂等，并进行药效评估；活体水平检测：活体水平实时检测生化指标（用药前后、中医药针灸刺激前后）的变化。技术原理电信号检测通过电探头对细胞释放的电活性物质进行检测，如过氧化氢、一氧化氮、多巴胺、超氧阴离子等物质。通过试剂盒的量化级联反应产生的过氧化氢等电活性物质，实现单细胞小分子含量或酶活性的检测。荧光信号检测光探头传输激发光激发预染色细胞，通过光学检测系统收集细胞发射的荧光信号，荧光信号强弱反映细胞预染色指标的含量，可实现细胞整体或亚细胞激发检测。通过单细胞超微量提取注射，向单个活细胞注射荧光检测试剂盒，光探头传输激发光激发细胞的生化反应产物而产生荧光，荧光信号强弱反映细胞内相应的小分子含量或酶活。经典应用肿瘤细胞代谢肿瘤细胞异质性研究，包括糖代谢、脂代谢、蛋白代谢相关的小分子和酶活分析；结合抑制实验，研究肿瘤细胞代谢过程中关键激活酶，为抗癌药物研发提供理论基础；通过抗癌新药直接刺激细胞或配合专用探头实现细胞内送药，评估其对单细胞内代谢参数指标的影响。代表文献1) Zheng XT, Yang HB, Li CM. Optical detection of single cell lactate release for cancer metabolic analysis. Anal Chem. 2010 Jun 15 82(12):5082-7. (DOI: 10.1021/ac100074n)2) Pan R, Xu M, Jiang D, Burgess JD, Chen HY. Nanokit for single-cell electrochemical analyses. Proc Natl Acad Sci USA. 2016 Oct 11 113(41):11436-11440. (DOI: 10.1073/pnas.1609618113)3) Zheng XT, Li CM. Single living cell detection of telomerase over-expression for cancer detection by an optical fiber nanobiosensor. Biosens Bioelectron. 2010 Feb 15 25(6):1548-52.. (DOI:10.1016/j.bios.2009.11.008)4) Zheng XT, Hu W, Wang H, Yang H, Zhou W, Li CM. Bifunctional electro-optical nanoprobe to real-time detect local biochemical processes in single cells. Biosens Bioelectron. 2011 Jul 15 26(11):4484-90.(DOI:10.1016/j.bios.2011.05.007)新药研究新药研究离不开细胞学实验，实时单细胞多模态分析仪在药物研究中的常见应用：药物的极性和分子量会影响其透过细胞膜的效率，如果药物的细胞膜透性较低或未知，可以单细胞内定点注射药物并实时检测药效相关指标（Ca2+和ROS等），可以反映药物发挥作用的潜在位置；为了理解药物作用机制，需要预先判断可能的转运体、药物靶点、及涉及到的关键代谢酶，然后通过实时单细胞多模态分析仪进行验证，由于是实时的，可以添加相关抑制剂或增强剂直接进行判断验证；用于单细胞亚细胞水平的定向给药及实时原位检测药物作用效果，提供亚细胞水平药物-细胞相互作用研究的重要工具，实现单细胞层面药物保护性研究和抑制性研究，可为药物载体的单细胞层面载药能力研究和亚细胞层面的定位提供选择性平台。代表文献1）Xin T Z , Peng C , Chang M L . Anticancer Efficacy and Subcellular Site of Action Investigated by Real‐Time Monitoring of Cellular Responses to Localized Drug Delivery in Single Cells[J]. Small, 2012, 8(17):2670-2674. (DOI: 10.1002/smll.201102636)2）Yuning Han, Bin Hu, Mingyu Wang, Yang Yang, Li Zhang, Juan Zhou*, Jinghua Chen*. pH-Sensitive Tumor-Targeted Hyperbranched System Based on Glycogen Nanoparticles for Liver Cancer Therapy, Applied Materials Today, 2020, 18, 100521.(DOI: 10.1016/j.apmt.2019.100521)神经领域应用单细胞胞质的超微量抽提，和质谱平台联用完成递质成分的分析；纳米级探头实现单个神经细胞或脑组织的小分子电化学检测。代表文献1）Molecular profiling of single axons and dendrites in living neurons using electrosyringe-assisted electrospray mass spectrometry[J]. Analyst, 2019, 144 2） Development of Au Disk Nanoelectrode Down to 3 nm in Radius for Detection of Dopamine Release from a Single Cell[J]. Analytical Chemistry, 2015, 87(11):5531.3）Electrochemically Probing Dynamics of Ascorbate during Cytotoxic Edema in Living Rat Brain[J]. Journal of the American Chemical Society, 2020, 142(45):19012-19016.活体研究中医药领域，可对特定穴位血清素（5-羟色胺）、一氧化氮、乙酰胆碱、抗坏血酸等关键指标的实时监测，可配合组织解剖学实验，研究不同组织类型的指标差异，辅助针灸机理研究；活体动物模型在体检测，辅助肿瘤疾病药物研究。代表文献1）Li, YT., Tang, LN., Ning, Y. et al. In vivo Monitoring of Serotonin by Nanomaterial Functionalized Acupuncture Needle. Sci Rep 6, 28018 (2016). (DOI: https://doi.org/10.1038/srep28018)2）Tang, L., Li, Y., Xie, H. et al. A sensitive acupuncture needle microsensor for real-time monitoring of nitric oxide in acupoints of rats. Sci Rep 7, 6446 (2017). (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-06657-3)3）Tang, L., Du, D., Yang, F. et al. Preparation of Graphene-Modified Acupuncture Needle and Its Application in Detecting Neurotransmitters. Sci Rep 5, 11627 (2015). (DOI: https://doi.org/10.1038/srep11627)关于江苏瑞明（点击进入在线展位）江苏瑞明生物科技有限公司是一家集研发、生产与销售单细胞检测仪及其它高端生物化学检测设备的高科技企业。公司坐落于风景宜人的江苏省宜兴经济技术开发区光电子产业园。公司目前的主要产品为纳米光电生化检测仪，该设备采用世界首创且具有自主知识产权的技术，将精密光、电探测与纳米加工有机的结合为一体，实现了对单个活细胞在亚细胞水平的实时在线同时检测,填补了国内在此单细胞检测领域的空白。此设备在生命科学、医学、药理学或毒理学、农业、食品科学、生物能源等领域有着广泛的应用。公司目前主要产品有四大类，仪器设备、耗材、试剂和微流控及生物芯片。公司已有发明专利十几项，高新技术产品多项。（更多详情点击查看）

自然杀伤细胞（Natural Killer, NK）是先天淋巴细胞的亚群之一，但缺少抗原特异性。NK细胞的效应功能和靶细胞的识别是由对NK细胞表面受体的激活和抑制来平衡调节的，这些表面受体可以区分“自身”抗原、“改变的自身”抗原和“缺失的或非自身”抗原，因此，在消灭异常细胞的同时，可以避免攻击正常的细胞。1-3（图1）图1 – NK细胞识别自身/缺失的/非自身抗原细胞示意图NK细胞在抗肿瘤和抗病毒反应中起关键作用4-6。目前，各种转化研究和临床试验正在利用NK细胞独特的信号通路及其强大的抗肿瘤活性，通过多种手段比如CAR-NK细胞，来治疗血液和实体肿瘤。6研究显示，NK细胞表达的NK细胞受体和其他标记物种类繁多，因此，高参数流式细胞术对于全面的NK细胞表型分析是很有必要的。考虑到越来越多的NK细胞研究需求，Cytek推出了一款 16色 （18标记）NK 细胞免疫分型试剂，该试剂可在3激光以上配置的Cytek® 全光谱流式细胞分析系统上使用，仅需一管样本，研究者即可方便快捷的对人NK细胞免疫表型进行全面深入的分析。（图2）图2- Cytek® 16色人NK细胞免疫分型试剂Cytek® 16色人NK细胞免疫分型方案可识别和表征三种主要的人类NK细胞亚群：早期NK细胞（CD16- CD56bright），成熟NK细胞（CD16+CD56dim）和晚期NK细胞（CD16+CD56-），并支持对这三种NK细胞亚群的成熟和激活状态、迁移潜力、以及NK细胞表面的激活和抑制受体的表达进行分析。此外，该方案还可分析更多NK亚群，如CD226-CD56dim NK细胞，及CD57+CD56dimCD16+ NK细胞7-11。（图3）图3- 不同状态下的NK细胞示意图Cytek® 16色 NK 细胞免疫分型方案是一款预优化的试剂组合产品，避免了耗时的、耗费劳动力的、且昂贵的方案设计与优化。该方案详细的试剂组成请参考下表1。同时，方案经过系列测试，证实可以很好兼容人外周血单个核细胞（Peripheral Blood Mononuclear Cells, PBMCs）样本和EDTA采集管收集的血液样本。表1：Cytek® 16色NK细胞免疫分型方案（P/N R7-40011）的组成。方案可添加ViaDye&trade Red Fixable Viability Dye Kit (P/N R7-60008)作为死活染料。Cytek® 16色 NK 细胞免疫分型方案识别NK细胞及其激活状态的数据分析设门策略如下图4所示，依次进行单细胞门和非红细胞（non-RBC）设门后，通过进行谱系（CD14、CD19、CD123）阴性、CD3-、淋巴细胞、及HLA-DR-CD127- 系列设门，识别出NK细胞。利用CD56和CD16绘制二维点图，以确定三种主要的NK细胞亚群：早期NK细胞（CD16- CD56bright），成熟NK细胞（CD16+CD56dim）和晚期NK细胞（CD16+CD56-）。在代表总NK细胞群的密度图中，显示了各个NK细胞标记 vs. CD56，以及CD159a vs. CD159c 的表达情况。（图4）图4- 使用Cytek® 16色NK细胞免疫分型方案数据分析设门策略。数据来自于EDTA管收集的健康供者的全血样本。Cytek 还提供以下工具来进一步优化您的实验室工作流程，提高工作效率： &bull 完整的样品制备、染色和获取操作流程 &bull 实验及分析模板参考文献：Arachchige, A.S.P.M. (2021) Human NK cells: From development to effector functions. Innate Immunity 27(3): 212-229.Sivori, S., et al. (2019) Human NK cells: surface receptors, inhibitory checkpoints, and translational applications. Cellular & Molecular Immunology 16: 430-441.Kumar, V., McNerney, M. A new self: MHC-class-I-independent Natural-killer-cell self-tolerance. Nat Rev Immunol 5, 363–374 (2005). https://doi.org/10.1038/nri1603Bjö rkströ m, N.K., et al. (2022) Natural killer cells in antiviral immunity. Nature Reviews Immunology 22: 112-123. Cooper, M.A., et al. (2001) The biology of human natural killer-cell subsets. Trends Immunol. 22(11): 633-640.Ghaedrahmati, F., et al. (2023) Targeting immune checkpoints: how to use natural killer cells for fighting against solid tumors. Cancer Commun. 43(2): 177-213Stannard, K.A., et al. (2019) Human peripheral blood DNAM-1neg NK cells are a terminally differentiated subset with limited effector functions. Blood Adv. 3(11): 1681-1694.Lopez-Vergès, S., et al. (2010) CD57 defines a functionally distinct population of mature NK cells in the human CD56dimCD16+ NK cell subset. Blood 116(19): 3865-3874.Martinet, L.A., et al. (2015) DNAM-1 expression marks an alternative program of NK cell maturation. Cell Rep. 11: 85-97.Kurioka, A., et al. (2018) CD161 Defines a functionally distinct subset of pro-inflammatory natural killer cells. Front. Immunol. 9: 486Bjö rkströ m, Niklas K., Hans-Gustaf Ljunggren, and Johan K. Sandberg. "CD56 negative NK cells: origin, function, and role in chronic viral disease." Trends in immunology 31.11 (2010): 401-406.

前言当我们进行细胞实验的时候，很多时候都会对培养或者消化细胞的数量进行计算，最常规的就是细胞计数了。原始的细胞计数方法是通过对细胞进行染色，在显微镜下人工观察细胞状态判断细胞死活，进行计数。显微观察是细胞计数的基本原理，但是人工细胞计数是一件非常耗时耗力的工作，特别是要面对大量样本的计数需求时，因此就衍生出了细胞计数仪。我们常见的细胞计数仪是这样的：图源：网络，侵删这些自动细胞计数仪的原理又是怎样的呢？它们的底层原理是这样的：图源：网络，侵删其实自动细胞计数仪就是一个简化版的显微镜，然后搭载了对图片进行识别的软件功能，从而实现对细胞的计数。既然自动细胞计数仪可以做到，那么专业显微镜一定可以做得更好。Echo Rebel和传统的细胞计数仪不同，其具有极高的普适性，无需细胞计数仪的专用耗材，无论载玻片还是培养皿都可以进行计数。Echo Rebel的细胞计数仪是这样的：还可以是这样的：与传统的细胞计数仪相比，Echo Rebel细胞计数采用嵌入式设计，与显微镜完美融合，细胞计数时间短，普适性高，无需专用耗材，使用和维护成本低。你以为这就结束了，不，我们还可以这样：

我是一颗小小的细胞，从哪里来到哪里去，被安排的明明白白。图源：网络别看我小，我可厉害了，我可是生物体形态结构和生命活动的基本单位哈，可以形成组织，组织形成器官，器官组合形成个体。图源：网络我可以通过分裂，一分为二，二分四，以此类推，我逐渐变多，但是为了不让我太膨胀，科研小伙伴非要给我测下数，他们用了一个试剂名叫胰酶，将我们分散，然后又将我们稀释，我的兄弟姐妹都被冲到好远，我也找不到它们，大部分我们还是活的好好的，那些体弱多病的经过这么一折腾game over了 ，科研小伙伴为了区分死活，还给我们用台盼兰染色，这样我们就很容易被区分，还能算算存活率。图源：网络不过我们也都是见过大场面的，什么大风大浪我们都经历过（内心os），正在这沉思中，我就被装到了一个名叫细胞计数板的板板上，就听外面的科研小伙伴说，数上不数下，数左不数右，别打扰我，我都数错了，还得重新按计数器。作为细胞的我，看着他们摇摇头，现在都啥年代了，还得用手动算，我之前见过一台很高端的仪器，既能当显微镜观察我，又可以数数我有多少的复制品，把我拍的可美了。我给大家介绍一下，它就是Rebel正倒置一体显微镜，方便小巧，一机多能，小小的身体，大大的能量。作为显微镜，Rebel具有优秀的硬件素质：8MP高分辨率彩色相机高度还原色彩、Apple iPad Pro触控显示操作就像玩APP一样简单、内置10X目镜全视观察技术、远程滑鼠式控制器（电动调焦），想怎么拍就怎么拍，高能LED光源寿命长… … 优点太多啦，就不多说了，怕骄傲。Rebel还可以进行智能细胞计数，几秒内快速分析图像，告别以往费时费力的人工计数，轻轻一点，自动计算存活率，so easy。实现多张图片采集，多次计算，消除人为误差，精准度特别高。轻松实现自动捏合缩放，查看单个细胞进行质控和纠偏，还可以快速计算不同直径大小的细胞数。Rebel细胞计数不挑耗材，在培养皿、玻片、血球计数板上通通可以。今天就介绍到这吧，期待我们下次再见。

来自美国霍华德休斯医学研究所，Janelia研究园的科学家们，借助其发展的新光学超分辨率成像技术，在前所未有的高分辨率条件下研究了活体细胞 内的动态生物过程。他们的新方法显著的提高了结构光照明显微镜(structuredilluminationmicroscopy，SIM)的分辨率， 一种最适合活体超分辨成像的技术。 　　 　　新技术所拍摄的视频生动地展现了细胞内蛋白质的运动和相互作用。它们帮助生物学家理解细胞是怎样改变它们之间的依存结构，以及重整细胞膜结构使得细胞 外的分子可以被吸收到细胞内。来自Janelia研究园的研究员EricBetzig博士，李栋博士后*和他们的同事们基于原有的SIM显微镜原理新发展 了两种新的超分辨率成像技术。超分辨率光学显微成像技术能够跨越理论的分辨率极限，在极高的分辨率下展现细胞内的精细结构。但是，到目前为止，超分辨率显 微镜技术却依然不能进行有效的活体细胞成像。 　　“这些方法设立了超分辨率光学显微镜的成像速度和非侵入特性的新标准，它们使得超分辨率活体细胞成像成为现实。”Betzig博士说道。在传统的 SIM显微镜中，物镜下的物体被非均匀的结构光(类似于条纹码)所照明。在实验中，几束不同的结构光用来照明物体，它们和物体在不同角度混频所产生的摩尔 条纹被相机依次采集。然后计算机提取摩尔条纹编码的信息并将其解码生成三维的高分辨率图像。最终重建的SIM图像具有高于传统显微镜图像2倍的空间分辨 率。 　　Betzig博士和其他两位科学家因为发展超分辨率荧光显微镜而被授予2014年诺贝尔化学奖。他说道，SIM显微镜技术之所以没有得到像其它方法那 样多的关注，是因为其它技术能够提供比两倍更高的分辨率改进效果。但是，他强调SIM拥有两大其它的超分辨率方法所没有的优势。这些其它方法包括了两种去 年获得诺贝尔奖表彰的技术：他和同事HaraldHess博士于2006年开发的光激活定位显微镜 (photoactivatedlocalizationmicroscopy，PALM)，和受激辐射耗尽 (stimulatedemissiondepletion，STED)显微镜。但是，这两种技术都需要过多或过强的光来照明样品，以至于荧光蛋白很快被 漂白，细胞样品很快被损害，从而不可能长时间进行成像。然而，SIM在这些方面不一样，“我爱上了SIM，因为它的速度很快，而且它所需的照明光强度远远 小于其它方法。”Betzig博士说道。 　　Betzig博士在2011年MatsGustafsson博士去世后不久开始与SIM相关的研究。Gustafsson博士是SIM技术的先驱之 一，生前也是Janelia的研究员。Betzig博士那时已经深信SIM有潜力为解析细胞内部的工作机理提供重要的见解，如果SIM的空间分辨率可以被 提高，它对于生物研究的可用性将被大大增强。 　　在生前，Gustafsson博士和博士生HesperRego发展了一种利用饱和耗尽(saturateddepletion)的非线性SIM技 术，但这种技术在改进分辨率的同时需要使用很多的光照并且散失了SIM成像速度快的优势。Betzig博士想到了一种可以避免这些缺陷的方法。 　　饱和耗尽非线性SIM利用光可反复开关的荧光蛋白和其在开关过程中的饱和耗尽效应来提高分辨率。它产生图像的过程是，首先把所有的荧光蛋白分子激活到 可发光的状态(亮态)，然后用一束结构光把大部份的亮态分子反激活到暗态。通过结构光反激活之后，仅有少数处于结构光最弱区域的分子仍然保持在亮态。这些 光调控过程提供了物体的高空间频率信息，从而让图像更加清晰。这一过程需要重复25或更多次才能产生最终的高分辨率图像。Betzig博士说道，这一原理 非常类似于STED或另一种与其相关的叫做RESOLFT的超分辨率技术的原理。 　　这一技术并不适合于活体成像，因为激活和反激活荧光蛋白需要很长的时间。另外，反复的光照明会对细胞和荧光蛋白本身造成损伤。Betzig博士说道， “这一技术的问题在于你首先用光激活了所有的荧光蛋白分子，然后你马上又用另一束光反激活了大部份分子。这些被反激活的分子对最终的图像没有任何贡献，但 却被你用光“油炸”了两次。你让分子承受了很大“压力”，并且花了很多你并没有的时间，因为这段时间内细胞在运动。” 　　解决方法其实很简单，Betzig博士说道：“没有必要激活所有的分子。”在Betzig研究小组新发展的结构光激活非线性SIM的技术中，一开始用 结构光只激活样品里的一部分荧光蛋白分子。“这一结构光激活过程已经给你一些高分辨率的信息了。”Betzig博士解释道。另外一束结构光用于反激活分 子，额外的信息可以在反激活的过程中同时被读出。两个结构光叠加的效应给与最终图像62纳米的分辨率，这一结果好于原始的SIM，并且把由光波长决定的传 统分辨率极限改进了三倍。 　　“我们能够做到快速地超高分辨率成像。”Betzig博士说道。这很重要，他补充道，因为对于动态过程，单纯提高空间分辨率而没有相应地提高成像速度 是没有意义的。“如果细胞内部有的结构以1微米每秒的速度运动，并且我有1微米的分辨率，那么我需要在一秒内采集图像。但如果我有1/10微米的分辨率， 那么我就必需在1/10秒内采集图像，不然图像将变得模糊。”Betzig博士解释道。 　　结构光激活非线性SIM可在1/3秒内采集25幅原始图像，并从中重建出一幅高分辨率图像。它的图像采集很高效，只需用较低的照明光强，并且收集每一 个亮态荧光蛋白分子所携带的信息。从而有效地保护了荧光分子，使得显微镜能够进行更长时间的成像，让科学家们可以观测到更多的动态活动。 　　Betzig博士的团队利用结构光激活非线性SIM获得了在细胞运动和改变形状的过程中骨架蛋白的解体和自身再组装过程，以及在细胞膜表面的叫做caveolae的微小内吞体动态过程的影像。 　　在Science论文里，Betzig博士的团队也利用了已经商业化的高数值孔径物镜将传统SIM的空间分辨率提高到84纳米。高数值孔径限制了被光 照明的样品范围，从而降低了光对细胞以及荧光蛋白分子的损伤。这一方法可以同时对多个颜色通道进行成像，使得科学家们可以同时跟踪几种不同蛋白质的活动。 　　通过高数值孔径的方法，Betzig博士的团队观测了多个骨架蛋白质在形成粘着斑(链接细胞内外的物理链)过程中的运动和相互作用。他们也追踪了 clathrin修饰的内吞体的成长和内吞过程(内吞体将细胞外的分子转移到细胞内)。他们的定量分析回答了几个不能被以往的成像技术所解决的问题，例 如，内吞体的分布，以及内吞体尺寸和寿命之间的关系。最后，通过结合高数值孔径方法和结构光激活非线性SIM，Betzig博士和他的同事可以在超高分辨 率条件同时追踪两种蛋白质的活动。 　　Betzig博士的团队在进一步提高他们的SIM技术。他们也急切地盼望和生物学家一起探索潜在的应用并进一步改进这一技术的可用性。 　　现在，科学家们可以通过现在，科学家们可以通过JaneliaJanelia的高级成像中心利用这些新的的高级成像中心利用这些新的SIMSIM技 术，这个中心提供免费使用前沿的显微镜技术的机会。最后，技术，这个中心提供免费使用前沿的显微镜技术的机会。最后，BetzigBetzig博士说道， 使得博士说道，使得SIMSIM成为能够被其他实验室获得并能够承担的技术应该是比较直接的事。“大部份的‘魔术’在于软件而不是硬件。”成为能够被其他 实验室获得并能够承担的技术应该是比较直接的事。“大部份的‘魔术’在于软件而不是硬件。”

肿瘤药敏性检测方法学是抗癌药物评价和筛选的前提，也是临床化疗方案设计的基础。中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心开发了基于拉曼组的肿瘤单细胞药敏检测新方法D2O-CANST-R，具有快速、低成本、单细胞器精度、识别耐药细胞、体现抗癌机制、可对接单细胞分选和测序等特色，为癌细胞-药物互作研究、抗癌药物筛选等提供了新手段。　　化疗在恶性肿瘤的治疗手段中占重要地位，如使用得当，单纯或辅助化疗即可根治部分肿瘤；对于一些晚期肿瘤，化疗也可用于姑息性治疗。然而，各种肿瘤类型间或不同患者个体间，其药物应激反应均存在显著差异，且化疗过程中耐药细胞的产生会削弱抗癌药物疗效。因此，快速、低成本、可识别耐药细胞、揭示药物应激机制的肿瘤药敏检测方法，对抗癌药物研发和临床精准用药十分重要。　　目前，主流的肿瘤药敏检测方法，如比色法、生物发光法、荧光分析法等，通常依赖于终点检测，即区分细胞死活，难以定量、特异性地测量药物对癌细胞的“代谢抑制”程度。同时，基于细胞群体反应的检测手段，难以检测癌细胞群体中极个别的耐药细胞；这些“害群之马”在正常环境下没有生长优势，却耐受高浓度药物，因此可能造成肿瘤死灰复燃，导致临床化疗失败。　　针对这一问题，单细胞研究中心科研人员Maryam Hekmatara等以人乳腺癌细胞株（MCF-7）和雷帕霉素的互作为例，开发了重水饲喂单细胞拉曼光谱肿瘤药敏快检技术（D2O-probed CANcer Susceptibility Test Ramanometry；D2O-CANST-R）。结合肿瘤细胞拉曼组采集和多元曲线分辨-交替最小二乘法分析算法（MCR-ALS），研究发现，在1-3天的药物处理后，D2O-CANST-R能特异性地基于“代谢抑制”检测肿瘤药敏性，并能在细胞核、细胞胞质、脂质体等单个细胞器的分辨精度，追踪和区分其中蛋白质与脂质的合成速率和代谢变化，从而揭示药物作用机制。脂质和蛋白质代谢的高度活跃，是肿瘤细胞快速增殖的重要原因，因此，上述能力对于抗癌药物的机制研究和筛选具有重要价值。重水饲喂单细胞拉曼光谱肿瘤药敏快检技术D2O-CANST-R　　基于前期单细胞研究中心提出的“拉曼组”（ramanome）和“药物应激拉曼条形码”（Raman Barcode of Cellular response to stresses；RBCS）等概念，科研人员还揭示了真核生物（人乳腺癌细胞和酵母细胞）之间、细胞器之间、药物浓度之间、药物处理时长之间、生物大分子代谢途径之间等，在单细胞精度代谢应激机制上的异同。因此，D2O-CANST-R还具有高时空分辨率、信息量丰富、揭示代谢层面机制等特点。此外，在高剂量雷帕霉素（500或5000×IC50）处理后，仍存在保持较高代谢活性的癌细胞，即耐药细胞。D2O-CANST-R识别肿瘤耐药细胞和测定耐药异质性的能力，对于药物机制研究、抗癌药物评价和筛选等具有重要意义，并具备辅助精准化疗方案设计的潜在能力。　　单细胞研究中心前期针对临床抗感染用药，提出了“重水饲喂单细胞拉曼药敏快检”原理，引入了“最小代谢活性抑制浓度”（MIC-MA）这一衡量药敏性的新概念，发明了“单细胞光镊微液滴拉曼分选”（RAGE）和“单细胞微液滴流式拉曼分选”（RADS）等核心器件，研制出“临床单细胞拉曼药敏快检仪”（CAST-R）和单细胞拉曼分选-测序耦合系统（RACS-Seq）等；针对临床样品，证明了单个细菌细胞精度同时测定抗生素药敏表型和高覆盖度基因组的可行性（Xu T, et al, Small, 2020）。该研究是上述单细胞技术体系针对人体细胞与药物互作的拓展，不仅将服务于肿瘤药物研发、肿瘤精准用药等，而且为肿瘤单细胞分选和多组学研究提供了新的技术路线。　　相关研究成果发表在《分析化学》（Analytical Chemistry）上。研究工作由青岛能源所研究员徐健主持完成，得到国家重大科学仪器研制项目（国家自然科学基金委员会）和中科院前沿局人才项目等的资助。　　论文链接相关介绍：徐健 中国科学院青岛生物能源与过程所研究员、单细胞中心主任 山东省能源生物遗传资源重点实验室主任。2003年华盛顿大学计算机科学硕士和生物化学博士，2003-2004年华盛顿大学基因组科学和系统生物学中心博士后。2004-08年于华盛顿大学基因组研究院任基因组拼装和分析团队负责人。2008年入选中科院“百人计划”并全职加入中科院青岛生物能源与过程所。研究方向为单细胞分析仪器和大数据，及其在微生物组、合成生物学和生物安全等领域的应用。论文发表于Science, Cell Host Microbe, Sci Adv., Nature Commu.等130余篇，被引用10000余次(H-index 43)。获青年拔尖、创新领军人才、国家杰青基金、中国青年科技奖等支持。中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心简介：中国科学院青岛生物能源与过程研究所是由中国科学院、山东省人民政府、青岛市人民政府于2006年7月启动筹建，2009年11月30日通过共建三方验收并纳入中国科学院“知识创新工程”管理序列的国立科研机构。单细胞中心的核心使命是以基因组工程、工具酶开发、先进成像、微流控器件、大数据等为主要方法学支撑，围绕细胞工厂构建、微生物组快检及机制等领域的关键科学和技术瓶颈，开发单细胞分析、分选、测序与培养技术，研制与产业化单细胞分析仪器系列，从国产装备的角度支撑单细胞大数据网络和微生物组天网等原创大数据系统，服务于工业生物技术、大健康、海洋资源挖掘、环境保护与修复、生物安全等应用领域。

仪器信息网特别策划话题：#3i流式大咖说#（点击查看），邀请高校、科研院所、临床、生物技术企业等流式技术研发、应用专家分享技术心得和经验，方便生命科学领域研究人员了解相关技术应用进展、学习仪器使用方法。本期，西南医院西南癌症中心流式平台负责人马清华副研究员带我们了解FSC与SSC在流式细胞术中的应用。FSC与SSC在流式细胞术中的应用作者：西南医院 马清华 副研究员流式细胞术利用细胞大小和粒度定义细胞群特征。细胞大小用前向散射光FSC（Forward Scatter）测量，细胞的粒度用侧向散射光SSC(Side Scatter)测量。FSC收集细胞折射后向前散射的光，所以FSC除了测量细胞大小，还与核质比、膜形貌和其他细胞特征相关；SSC收集垂直于激光束的散射光以及细胞内部颗粒的散射光，所以SSC可以反映细胞复杂性和粒度，如下图。1.细胞亚群的分类 FSC和SSC一般以线性模式运行，范围从0到250000。大细胞具有较高的FSC和SSC值，位于FSC/SSC图的右上部分（如粒细胞）。红细胞等小细胞具有较低的FSC值，由于实验中红细胞已被溶解，其碎片出现在散点图左下角；淋巴细胞是小细胞，颗粒不大，因此FSC和SSC值较低。单核细胞更大，颗粒更大，细胞群在FSC轴上进一步向右移动，在SSC轴上向上移动一点，因此它们的FSC和SSC值更高。顾名思义，粒细胞是颗粒状的，也很大，所以它们有很高的FSC和SSC值。2.判定细胞活性状态 FSC/SSC不仅可以对细胞群进行分类，而且有助于排除细胞碎片和死细胞， 用于细胞活性状态的判定。通常死细胞与细胞碎片的FSC和SSC较低，而凋亡细胞的FSC会变小SSC变大。如下图，通过FSC与SSC判断，A图细胞活性差，基本是死亡细胞与凋亡细胞（P1门内为89.6%）；B图中细胞群分为两群，P1门中的细胞群为凋亡及死亡细胞（27%），P2门中的细胞活性状态好。FSC/SSC常被应用于判定分选前及检测时的细胞活性状态、分选后细胞的活性状态以及原代细胞提取的活性状态。FSC/SSC是否能够真实的反应细胞死活状态呢，我们用7AAD对B图的细胞进行分析，从下图可以看出P门中有95.2%的7AAD-细胞，而P1门中有52.5%的7AAD-细胞。虽然P1门中有52.5%的7AAD-细胞，但是从图中可以发现其细胞大部分集中于左下角。这与7AAD的染色原理有很大的关系。7AAD 是经典的核酸染料，判断细胞的活性通常依赖于其插入DNA。7AAD不能穿透完整的细胞膜，但可以通过细胞凋亡过程中形成的膜裂口和孔隙。7AAD可以使任何缺乏完整膜的细胞都能被核染色。但是，在严重受损的细胞后期如细胞凋亡的晚期，只有含有核酸的凋亡小体才能够被7AAD染成阳性，其余的细胞碎片没有或含有低的DNA含量，这部分群体将会成为7AAD-群体事件。所以FSC/SSC可以用于判定活死细胞。3.排除细胞双链体FSC与SSC信号脉冲由信号处理器把脉冲信号高度（Height）、面积（Area）和宽度（Width）定量为一定的数值。这些数据有流式细胞仪的配置计算机工作站进一步分析处理。因此，可以通过面积信号、宽度信号、高度信号对双链体的细胞进行处理。一般用FSC-H/FSC-A、FSC-H/FSC-W以及SSC-H/SSC-W处理双链体细胞。 小结 FSC与SSC是流式细胞术的基本术语。科研工作者充分利用好FSC/SSC，能够轻松的判断分选及检测前细胞活性状态、细胞分选后细胞活性状态、免疫细胞分群等，同时还可以利用FSC/SSC去除细胞中的黏连体细胞。【个人简介】西南医院西南癌症中心流式平台负责人 马清华 副研究员现任西南医院西南癌症中心流式平台负责人，主要从事流式细胞平台的运行管理、用户培训以及流式细胞分选及分析工作。目前，承担省部级课题一项，参与多项国家级课题。以第一或通讯作者发表流式细胞术相关SCI论著2篇，参与多篇高分SCI论著的发表，并参编专著 1 部。（本文编辑：刘立东KOL） 相关推荐：流式大咖说|量化成像分析流式在水生生物研究中应用——中国科学院水生生物研究所高级工程师 汪艳流式大咖说|流式检测中最易忽视的时间参数——首都医科大学中心实验室副主任技师 徐晓雪 流式大咖说|技术干货|如何去黏连？流式新手绕不开的数据处理难题 流式大咖说|流式细胞技术平台发展与使用心得分享中科院分子细胞卓越中心 俞珺璟博士【行业征稿】若您有生命科学、医药、临床等行业相关研究、技术、应用、管理经验等愿意以约稿形式共享，欢迎自荐或引荐投稿联系人：刘编辑word图文投稿邮箱：liuld @instrument.com.cn微信：JaysonXY（备注来意：投稿）

细胞的3D模型培养能够更好地模拟微环境、细胞间相互作用和体内生物过程。相较于生化检测和2D模型，3D模型可提供更具生理相关性的条件。此外，其形态学和功能分化程度更高，这也赋予了它们更接近体内细胞的特征。如今越来越多的研究人员正在应用3D细胞培养、微组织和类器官技术来填补2D细胞培养与体内动物模型之间的差距。 特别是类器官的研究和使用，类器官（Organoid）是源自干细胞的体外衍生3D细胞聚集体，具有类似器官结构和功能。近年来，3D类器官培养技术逐渐成熟，正在成为药物筛选、个性化治疗和发育研究的重要模型。然而，细胞的3D培养技术面临着诸多挑战：首先，培养一致的、可再现的3D 微组织十分困难，尤其是类器官的培养；此外，大而厚的细胞样品成像难度极高；同时，处理3D细胞实验产生的海量数据则是最为严峻的挑战。针对3D微组织样品，使用传统的冰冻切片染色成像或直接使用共聚焦显微镜进行成像都有很多挑战：冰冻切片成像无法获得立体样品的全部信息，特别是Z轴的细胞位置信息；共聚焦显微镜有较高的光毒性和光漂白，不能对立体样品反复多层的成像，成像的层数有很大限制；此外，这两种拍摄方法获取的大量图片还需借助其他分析软件对其数据进行分析和统计，分析通量很低；最重要的是，这两种方法扫描速度都很慢，通量很低，一个3D微组织的扫描分析时间长达几个小时，极大的限制了3D微组织研究的开展。高内涵细胞成像能够在保持细胞结构和功能完整性的前提下，对细胞和亚细胞层次进行多通道、多靶点的荧光全面扫描，检测细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、代谢途径及信号转导等各个环节，在单一实验中获取大量相关信息。在细胞凋亡、细胞周期、细胞毒作用、受体蛋白转位、蛋白相互作用等方面都有很好的应用，被证明是细胞生物学，癌症研究，病原生物学，药物研发，系统生物学，心血管疾病研究，干细胞研究，神经细胞研究等领域的重要研究工具。PerkinElmer公司提供的高内涵细胞成像分析系统，它采用Nipkow转盘扫描技术配以高灵敏度sCMOS探测器，能够快速捕捉到细胞内发生的生物学过程，更因其降低光漂白和光毒性的特点，配合水浸式高数值孔径物镜，可以实现对活细胞、小型模式生物和3D微组织样品进行高通量的共聚焦高分辨率成像。再结合强大的Harmony分析软件，能够对细胞和亚细胞层面各种复杂的表型进行群体性统计分析研究。该系统在细胞生物学研究领域有着非常广泛的应用。PerkinElmer高内涵系统的3D方案不仅仅局限于3D微组织，包括模式生物、细胞伪足等立体结构都可以通过高内涵系统完成全面的检测和分析： 珀金埃尔默的单细胞ICP-MS技术，基于业界最快的的细胞脉冲信号读取速度（可达100000点每秒），能定量单个细胞中低至阿克级别的金属和纳米颗粒含量，测定细胞群中金属质量分布和含金属细胞的数量，从而评估与量化细胞群的异质程度。适用于人体、动物、植物等各种组织器官细胞的深入研究。例如，含金属药物和纳米颗粒越来越广泛的应用于癌症的治疗和检测，单细胞ICP-MS可进行精细跟踪，掌握病变组织在细胞层面上对药物的吸收和代谢，有助于了解癌症机理和提升治疗水平。两株卵巢癌细胞系A2780（ 顺铂敏感型）和A2780/CP70 （顺铂耐药型）随时间变化顺铂摄入量 生物体中的铜含量通过非常有效而复杂的稳态机制得以严格调控，该机制可控制元素的吸收、分布和排出。目前数据得到的细胞铜稳态模型只是一个“骨架” ，用SC-ICP-MS来测量外周血单核细胞（PBMC）中的铜（Cu）含量，对了解稳态机制的失调或失衡可能导致生物体功能异常，并可能与某些疾病（例如炎症、哮喘、衰老过程、癌症等）方面提供了进一步研究的有效手段。外周血单核细胞（PBMC）中铜的含量应用领域举例：3D微组织类器官目前的应用主要集中在肿瘤研究（药筛模型、药筛、肿瘤免疫、个体化医疗）、干细胞和发育生物学、体外模型研究（感染模型、毒性评价）、材料及给药研究等方面：肿瘤研究2019年6月17日，Cell Death and Disease杂志在线发表了钱其军研究组的研究成果Modified CAR T cells targeting membrane proximal epitope of mesothelin enhances the antitumor function against large solid tumor。该工作致力于优化肿瘤CAR T免疫疗法。MSLN（Mesothelin，间皮素）是嵌合抗原受体（CAR）T治疗的诱人抗原，MSLN中的表位选择至关重要。在这项研究中，作者使用修饰的piggyBac转座子构建了两种针对MSLN的I区（meso1 CAR，也称为膜远端区域）或MSLN的III区（meso3 CAR，也称为膜近端区域）的两种类型的CAR系统。其中，meso3 CAR T细胞在激活后表达更高水平的CD107α，并在体外针对表达多种MSLN的癌细胞产生更高水平的白介素2，TNF-α和IFN-γ。之后，作者构建了胃癌和卵巢癌3D肿瘤细胞模型，并用该模型来测试这两种CAR T系统，通过PerkinElmer Opera Phenix高内涵系统完成3D肿瘤 CART杀伤系统的成像和分析，最终证明在3D细胞水平，meso3 CAR T细胞比meso1 CAR T细胞具有更高的杀伤作用。后续的研究中，作者借助PerkinElmer Xenogen IVIS成像系统，在胃癌NSG小鼠模型中进一步进行验证，同样证明与meso1 CAR T细胞相比，meso3 CAR T细胞介导的抗肿瘤反应更强。我们进一步确定meso3 CAR T细胞可以有效地抑制体内大卵巢肿瘤的生长。总体而言，本研究证明meso3 CAR T细胞疗法在治疗MSLN阳性实体瘤方面比meso1 CAR T细胞疗法具有更好的免疫疗法，为实体瘤的免疫治疗提供了新的有效的CAR T疗法。干细胞与发育生物学2018年11月，英国的格拉斯哥大学癌症科学研究所在Nature Communication杂志发表了名为《The Phospholipid PI(3,4)P 2 Is an Apical Identity Determinant》的文章，本文主要以MDCK囊肿为模型，研究了上皮细胞的极化机制，最终发现PI(3,4)P2磷脂酶是决定上皮细胞极化发生的重要分子，并阐明了其调控机制。在本文中，作者首先发现磷酸酯修饰酶PI(3,4)P2的分布在上皮细胞极化的过程中是至关重要的，接下来，他们用PI(3,4)P2的分布作为表型，筛选哪些蛋白的敲除影响其分布。该过程是通过PerkinElmer的Opera Phenix高内涵系统来实现的，作者先通过高内涵系统的预扫描成像功能对微球进行智能的层切式扫描，选取横截面最大的那一层，然后把细胞分区域，分细胞核、细胞质、内侧、外侧和细胞连接处等等，然后计算每个区域的荧光强度。作者使用此方法去分析一些突变过的微球的磷脂酶分布，发现一些重要的上游蛋白（如PIP蛋白）被敲掉后，会发生显著的定位变化。除此以外，作者还利用高内涵系统分析了微球的空腔表型，MDCK囊肿包含多少个空腔直接反映了其功能是否正常，只有极化正常发生的囊肿才能有正常的空腔。同样的，作者使用高内涵预扫描成像功能对所有球做了层切式扫描，选取有空腔的这些层，把它们压到一起，然后通过算法选出空腔，分析其数量。作者也用该方法做了一系列基因的筛选，筛选到几个显著影响空腔形成的基因，并在后续阐明了其调控机制。 体外模型研究——肝损伤模型2018年，王韫芳课题组在新刊Advanced Biosystems杂志上发表封面文章，研究展示一种新型的药物性肝损伤研究模型——LBS微肝球模型(Liver biomatrices scaffolds, LBSs)。该模型在HepaRG细胞的基础上引入天然脱细胞肝脏支架，可进行肝细胞的长期3D培养。在LBS提供的肝组织特异微环境下，新模型具有更高的生理相关性和毒理预测敏感度。作者使用PerkinElmer Operetta CLS 高内涵筛选系统，深入评估了8种抗抑郁药物的肝毒性。结合特定的染料组合，从细胞活力、凋亡、胆汁蓄积、脂肪变、氧化应激和线粒体毒性6个方面检测药物处理对微肝球模型的影响。其中的许多参数都使用了复杂的高内涵分析方法。结果证明LBS微肝球模型能高度特异预测药物肝毒性和协助进一步的毒理机制研究。本研究还用到了PerkinElmer的Engisht多功能成像酶标仪，研究利用Alamarblue法追踪不同培养条件下细胞活力的变化。PerkinElmer提供的分子及细胞水平检测方案贯穿本论文药物肝毒性研究的整个过程。从微肝球模型的细胞增殖、酶活分析，再到3D模型的功能验证和毒理学多指标分析，PerkinElmer均能提供针对性的应用方案。材料及给药研究2019年6月，爱尔兰都柏林大学学院生物与环境科学学院&康威研究所在Small杂志发表名为《A High‐Throughput Automated Confocal Microscopy Platform for Quantitative Phenotyping of Nanoparticle Uptake and Transport in Spheroids》的文章。该研究利用PerkinElmer高内涵Opera Phenix系统，构建了完整的在3D微组织层面研究纳米载体摄取和运输的模型。作者首先进行3D微组织培养和高内涵拍摄的优化，主要研究了培养条件和固定方法对不同浓度的基质胶的影响，并根据该实验结果确定了培养方法、固定方法和基质胶浓度及用量。此外，作者也通过顺式到反式高尔基标记物(GM130、GalT和TGN46)的分布染色考察了高内涵的拍摄质量，证明PerkinElmer高内涵系统确实有极高的分辨率，用来研究纳米颗粒的摄取情况是足够的。接下来，作者通过Harmony软件对层切扫描图片进行重构分析，获取最大亮度投影和3D重构视图，在此基础上定量测量球状体中NP吸收和渗透。最后，作者选择了在纳米颗粒胞吞作用中有功能的蛋白，通过RNAi沉默进行潜在基因筛选，确定该模型可用于评估3D微球NP的摄取和运输过程。 更多详细内容，欢迎您莅临8月4日在中国细胞生物学学会2020年全国学术大会上举办的午餐会，干货报告、午餐礼遇、惊喜礼品等您来参与。点击下方链接完成签到，即可在会议期间至珀金埃尔默展台（T3）领取精美礼品一份。http://suo.im/6tarYZ

Nature上遴选的这七项技术就主要集中生物学和生物医学领域。它们分别是：热稳定疫苗、大脑中的全息图、构建更好的抗体、解决单细胞分化问题的三个技术、让细胞感受到力量、临床质谱分析法、嗅出疾病。研究人员描述了在他们的学科中令人兴奋的工具和技术。未来已来！01 热稳定疫苗成立于2017年的全球防疫创新联盟（CEPI）致力于开发疫苗对抗新兴的传染性疾病。疫苗开发速度、规模和最终能让人使用是非常重要的几个方面。具体来说，还包括证明疫苗安全和有效的速度，以及如何大规模生产疫苗并向弱势群体提供疫苗，以便人人都能获得。包裹在脂类纳米颗粒内的mRNA疫苗，已经从基因序列到临床概念验证，再到中期分析，在创纪录的时间内完成。莫德纳Moderna和辉瑞Pfizer公司，用了不到四个月的时间，就完成了第一阶段的试验。这在一般情况下是需要数年或者是数十年的时间才能完成的。其他创新也正在改善最终让人能用得上。比如运输的问题。有些技术利用糖分子进行有效的冷冻干燥，而不会破坏疫苗的精细结构，使其更易于储存和运输。另一个获取疫苗的途径，是开发便携式RNA打印技术。很少有国家拥有生产高质量疫苗的资本和专业知识，而且是大规模的。但在2019年2月，CEPI向生物制药公司CureVac投资了3400万美元，开发了一个完全可运输的单元，这样使得低资源地区也能够生产自己的mRNA疫苗。这种创新将使疫苗更容易获得，也让我们看到了未来：这意味着更多的国家将为不可避免的下一波疫情做更好的准备。生物制药公司CureVac的RNA打印机可以快速打印出mRNA疫苗的候选品02 大脑中的全息图光遗传学，一种控制特定脑细胞和电路活动的技术，在神经科学领域引起了极大的兴趣。到了2021年，这些工具将产生更大的影响。通过光遗传学，研究人员可以将光线照射到组织中，所有表达这种工具的神经元都会做出反应。然而在现实中，大脑活动更为微妙。神经元只对特定的刺激有反应。时机很重要；顺序也很重要；神经元很少一起放电的。从2005年开始，光遗传学可以让我们操纵特定类型的神经元，但仍然无法重现细胞之间相互交流的语言是什么。为了解决这一缺点，一些神经科学家开发了新的光响应蛋白。与此同时，其他人在光学方面也取得了进展。在过去的几年里，全息和其他光学方法已经成熟到可以被非专业实验室采用。一束激光可能需要10到20毫秒来刺激一个神经元，而全息技术可以让你在不到1毫秒的时间内刺激这个细胞，这比4-5毫秒要快得多，而从一个神经元向另一个神经元传递信号通常需要的4-5毫秒的时间。也可以同时生成多个全息图，或以特定的顺序生成多个全息图。这种类型的实验过去仅限于专门的实验室，需要这些实验室拥有制造定制显微镜的技术。现在，像Bruker和3i这样的显微镜公司，他们已经在双光子成像系统中加入了全息技术。神经科学家可以通过显微镜拍摄照片，标记他们想要激活的神经元，软件生成全息图来匹配这些激活模式。随着光遗传学工具和光学技术的融合发展，我们可以开始探索具有单神经元精度的神经编码。03 构建更好的抗体抗体从20世纪90年代中期就开始被用作治疗手段，当然这主要是指对病毒或肿瘤这些疾病的治疗。然而，直到最近几年，随着科学家们研究出抗体的结构如何影响其功能，我们才真正开始挖掘其潜力。在新冠持续流行中，抗体疗法已呈现出新的紧迫性。大多数抗体疗法只是常规的、未经修饰的抗体，它们与特定的靶点结合——例如，病毒或肿瘤细胞表面的一种蛋白质。然而，这许多抗体在使免疫细胞处理目标物方面是无效的，也就是说，并不是有抗体就一定能抗病毒了。随着分子生物学的进步，我们可以快速修改抗体，使其更好地利用免疫系统来对抗疾病。04 解决单细胞分化问题的三个技术人体中有许多功能各异的细胞。然而它们都来自单个细胞和基因组。从单个细胞如何产生不同的类型呢？三种新的单细胞测序技术可以帮助解决胚胎发育早期阶段的问题。第一个技术Hi-C，使用了一种研究基因组三维结构的方法；另一种技术被称为CUT&Tag，可以追踪基因组上特定的生化“标记”，帮助科学家研究这些化学修饰如何在单个活细胞中开关某个基因，第三个SHARE-seq，它结合了两种测序方法来识别基因组中可被转录激活分子访问的区域。05 让细胞感受到力量细胞除了生长因子和其他分子外，还能感受到物理的某种力量。而这种对力量的感觉可以调节基因的表达、增殖、发育，甚至可能是癌症。力量是很难研究的，当你推动某物体时，会发生变形或运动，只能看到它的效应。但现在，通过使用两种尖端工具来可视化和操纵活细胞中的力量，科学家们可以探索物理力量和细胞功能之间的因果关系。伦敦帝国理工学院开发的GenEPi技术，融合了两种分子，可以在生理相关的条件下研究完整的细胞，不会对生物的生理活动造成影响。第二个工具，是促动器ActuAtor。促动器是从ActA产生的，而ActA是一种来自致病细菌的蛋白质。当细菌感染哺乳动物的宿主细胞时，ActA就劫持宿主的机器，在微生物表面引发肌动蛋白聚合，产生了推动细菌通过细胞质的力量。通过改造ActA，使肌动蛋白在细胞内的特定部位聚合来重新利用这种劫持，比如给予光或化学刺激时。有了促动器，可以在细胞深处施加力量。例如，释放了线粒体表面的促动器，可以使细胞器在几分钟内被切碎。这些受损的线粒体更容易被有丝分裂吞噬而降解，但关键的线粒体功能如ATP合成没有受到影响。以前很难处理这样的过程，因为我们缺乏在活细胞中特异性和非侵入性地使细胞器变形的工具。促动器是最早能够做到这一点的工具之一。06 临床质谱分析法质谱法能快速分析复杂样品中的成百上千个分子，具有很高的灵敏度和化学特异性。生物医学研究用到的这些方法主要用于两个极端。一些科学家正在开发高性能的技术来更深入地探测生物组织。研究人员正在简化质谱分析工具，以便医生可以将其用于临床决策中。该技术是MALDI，一种用于生物组织分析的质谱成像技术。在临床方面，现在创造出了MasSpec笔，这是一种手持式质谱系统，帮助外科医生识别肿瘤组织及其边界。2021年，将继续对正在接受乳腺癌、卵巢癌和胰腺癌手术或机器人前列腺癌手术的患者使用MasSpec笔进行评估。两个外科医生用一个类似笔的电子设备对一个病人进行组织分析，这支笔用于检测肿瘤组织及其边界。07 嗅出疾病为了检测可能有环境风险或疾病的气体混合物，包括像是否含新冠病毒的疑似物，研究人员想模拟人类的嗅觉，知道我们在闻什么。然而，与视觉、听觉和触觉不同，嗅觉的化学传感器是很复杂的。它们包括检测几百种甚至几千种化学物质的混合物，通常是很微量的。现在正在采取几种方法来开发下一代人工嗅觉系统，还需要让传感器做出更快的反应。人工嗅觉技术可用于医学诊断，例如检测哮喘患者呼吸中较高浓度的一氧化氮。其他应用包括监测空气污染、评估食品质量和基于植物激素信号的智能农业。

p 　　2017年3月18日，江苏卓微生物科技有限公司发布了融合微流控流式技术和库尔特检测原理的新型细胞计数系列产品。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/8b34950a-0132-4cfd-9c67-dc7edc187c04.jpg" title=" 11_副本.jpg" / /p p 　　本次新品发布会共推出了两款计数仪，分别是流式库尔特计数仪Ⅱ(JIMBIO CL)和流式图像计数仪(JIMBIO FIL)，两款仪器均基于微流控技术的流式原理，集成了无芯片耗材，自动清洗及一步加样等优点，被业界广泛关注。 /p p 　　流式库尔特计数仪Ⅱ(JIMBIO CL)的计数原理是流式库尔特原理，对样本通过鞘液进行聚焦，然后快速流过检测区域，针对样本所包括的所有颗粒物进行检测，检测时间为30秒。而流式图像计数仪(JIMBIO FIL)的计数原理是结合了流式库尔特原理和图像法，在实现同样的流式库尔特计数同时，提供了图像检测功能，对基于台盼蓝染色的细胞进行死活判定。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/f144871b-7457-4111-abb1-6996671c561d.jpg" title=" 22_副本.jpg" / /p p 　　这两款产品均采用了微流控技术，近几年兴起的微流控技术大量应用于生物及化学检测应用，为生命科学，医学，药物开发等应用领域提供了高集成度、自动化低成本的技术平台，卓微生物在微流控技术应用于细胞及其他生物颗粒物检测方面提供了JimBio CC，Jimbio CL，Jimbio Fil等系列产品。其中，JIMBIO CC计数芯片是国内目前唯一实现了微流控芯片大规模生产的库尔特原理检测芯片。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/3b934d47-244e-4478-80d4-585f360fc02c.jpg" title=" 33_副本.jpg" / /p p 　　 strong 活动详情： /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/b32e6f80-fb1e-4cbd-a488-33a5fdb4f274.jpg" title=" 44_副本.jpg" / /p p 　　 strong 产品特色： /strong /p p span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 工作原理： /span CL采用流式库尔特原理，库尔特粒径分辨率0.5μm，阻抗技术更精确 FIL结合了流式库尔特原理和图像法，库尔特0.5μm高粒径分辨率结合图像染色法，实现精准计数与活率判断。 /p p span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 低成本： /span 免除任何一次性芯片耗材，极大降低使用成本。 /p p span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 易操作： /span 用户无需稀释，仅需一步加样，系统快速出检测结果并完成自动清洗。 /p p span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 多功能： /span 内置粒径选区、细胞图片浏览、算法稀释，检测数据可由usb接口导出 /p p span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 芯片软件可定制： /span 针对不同检测需求，灵活配置不同规格芯片及相关分析软件。 /p p style=" text-align: center " （最终解释权归江苏卓微生物科技有限公司所有） /p p br/ /p

撰文丨王冯斌博士"Truth never triumphs - its opponents just die out." - Max Planck.普朗克大佬的意思大概是 "Old theories never die only their proponents do"。某些科研领域确实存在一些很尴尬的现象，一个方向停滞不前，是因为多年前领域里的大佬一把油门把别人带到坑里去了，然后大佬又因为不为人知的原因，死活不承认。今天要讲的，就是一个这样的故事（编者注：2022年7月7日，弗吉尼亚大学王冯斌博士以第一作者身份在Nature Microbiology上发表了文章Cryo-EM structure of an extracellular Geobacter OmcE cytochrome filament reveals tetrahaem packing）。德里克老铁是一个有名的微生物学家。35年前在华盛顿DC的河流沉积物里发现了一种厌氧菌，这个菌就厉害了，能产生一种好几微米长的“导电毛”，在很长的距离传导电子，进行能量代谢。德里克研究这种导电毛一搞就是30来年。后来他们发现，一但敲掉一个叫pilA-N的“第四型菌毛”的基因，导电毛就没了。pilA-N呢，结构上只是一个很疏水的长helix，是第四型菌毛中间的疏水核心。尽管pilA-N在很多结构生物学家眼中可不可溶都是个问题，德里克老铁却认定了导电毛一定是pilA-N，坚信自己可以守得云开见月明。随着冷冻电镜技术革命，现在大家也不用天天只靠遗传实验做这些判断了。想知道导电毛是啥？放在冷冻电镜下看看喽。2019年，我们直接用冷冻电镜观察了导电毛，至于它的组成与第四型菌毛蛋白之间的关系，只能说是毫不相关。导电毛其实是multi-heme cytochrome形成了一种之前从没被发现过的菌毛，而multi-heme的细胞色素，大家早就知道它们可以传导电子了（详见BioArt报道：Cell | 王冯斌博士等解析地细菌导电纳米线的冷冻电镜结构）。德里克老铁没有欣然接受这一现实，而是继续选择逐梦第四型菌毛。他声嘶力竭的质问，为啥突变了pilA-N，导电毛就没了？啊？尼秋老铁是德里克之前的博士后，现在已经是名校教授，非常的“父慈子孝”。在2021年发表了一个相对令人信服的模型，说第四型菌毛在该菌里包括两个蛋白pilA-N和pilA-C，第四型菌毛平常是不分泌到细胞外的，基本上相当于一个泵，有事没事动一动，把细胞色素形成的导电毛给怼出去。(ref: https://doi.org/10.1038/s41586-021-03857-w)德里克老铁彻底的愤怒了，说“冷冻电镜看不到我说的3nm的pilA-N“导电毛”不代表它就不存在！我用AFM就能看见！你们冷冻电镜都是artifact！”你看，这不是巧了嘛。我们最近又做了一些别的冷冻电镜的观察。我们把初代“导电毛”的关键氨基酸给突变了，本来想研究研究突变的初代导电毛。您猜怎么着，如果用一个一般的promoter表达突变，我们压根看不到突变的初代导电毛，反而看到了一种新的导电毛，OmcE。猜猜他是啥，还是细胞色素。谁能想到细胞这么“聪明”，连初代导电毛的替代品都悄默默的存好了。如果用一个过表达的promoter，不仅可以看到OmcE，还能看到初代菌毛的一些bundles，还有少量把他们泵出来的第四型菌毛(pilA-N和pilA-C，他们分开的话pilA-N很可能不可溶)。可能是表达的太猛烈了，泵工作的太猛，把自己都怼出来了。图 OmcS导电毛的替代品, OmcE那么，就真的没有3nm的毛了嘛？德里克老铁眼神儿就那么不好吗？其实还真有一个2.5nm左右的毛，偶尔会出现。加了Dnase I就会消失，是的，它就是——B-form DNA。图：所有毛的画像别着急，还会有新的细胞色素导电毛被发现的。我期待德里克老铁改变自己看法的那一天。

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最近，小贝家分别在北京和广州举办了“细胞外囊泡专题研讨班”，获得老师和同学们空前热情的参与，有的甚至千里迢迢、不远万里专程参加。是什么引起大家如此高涨的参与热情呢？当前研究的热点——外泌体。对于外泌体（又称细胞外囊泡，Extracellular Vesicles），相信大家都不陌生，它是指细胞膜上脱落或由细胞分泌的，具有双层膜结构囊泡状异质性群体，包括外泌体（Exs）、膜微粒（MP）和微囊泡(EVs)。细胞外囊泡和细胞内囊泡，有着相似的磷脂双分子层结构，包含有蛋白和核酸等生物大分子，大小在40nm-1000nm，是细胞进行物质运输、信号转导、实现生理功能的重要工具。细胞外囊泡广泛存在于细胞培养上清及各种体液，参与细胞间通讯、细胞迁移和免疫调节等多种反应。囊泡水平升高与糖尿病、艾滋病以及癌症等疾病相关，有望成为这类疾病的诊断及评估疾病预后标志物。如今，越来越多的研究者开始着眼于对细胞外囊泡进行准确的定型和定量研究。2013年10月7日，诺贝尔生理学或医学奖授予了发现细胞囊泡运输调控机制的三位科学家。外周血中有着大量的外泌体，来自不同的细胞。另外，外泌体和肿瘤微环境、肿瘤细胞迁移有着神秘联系。对于这些未知的领域，目前还缺乏研究，主要原因在于对于这种200nm以下颗粒的检测，显微镜显得力不从心，电镜又高不可及。因此强大的工具和完美的解决方案的显得尤其重要。有鉴于此，我们有幸邀请到了来自 Beth Israel Deaconess Medical Center and Harvard Medical School的Vasilis Toxavidis和John Tigges——两位有着丰富的流式细胞术和外泌体研究经验的学者，请他们和国内的学者进行外泌体研究的交流，分享经验。8月24日，首都北京，骄阳似火，然而参加“贝克曼库尔特细胞外囊泡专题研讨班-北京站”活动的老师和同学，有着胜似骄阳的热情，有图为证。现场不得不临时加座，才能满足大家学习和交流的热情。8月29日，羊城广州，骤雨初歇，寒潮来袭，公路上随处可见台风肆略的痕迹，这些却丝毫没有阻挡来自全国各地的40多位老师的脚步。大家齐聚中山大学，热情参与我们广州站的活动。两场研讨班，早上均为报告部分。Vasilis Toxavidis和John Tigges从理论角度讲述了外泌体检测的问题、误区和解决方案；从散射光检测原理、流式细胞仪硬件、再到样本制备，系统的阐述了外泌体的检测，并以实例讲述了心肌细胞源外泌体和红细胞源外泌体的研究结果，提出了Nano Flow Cytometry（NanoFACS）的概念。首先，来自美国哈佛干细胞研究所资源总监、哈佛医学院贝斯以色列女执事医疗中心流式技术平台负责人Vasilis Toxavidis先为大家做了流式分析EVs的技术原理、硬件可行性等方面的报告。Vasilis以MoFloXDP和CytoFLEX为教学案例，深入浅出地讲解，时时博得与会者的掌声，给大家提供了流式在微颗粒检测研究的新思路。随后，美国哈佛医学院贝斯以色列女执事医疗中心外囊泡检测中心主任John Tigges进一步介绍了利用流式细胞术研究细胞外囊泡， 并结合HF患者EVs检测案例，抽丝剥茧，逐一分析如何解决细胞外囊泡检测中问题、缺陷，阐述EVs在疾病研究中的实际意义，使大家茅塞顿开。其幽默的演讲风格也深受老师们喜爱，引得台下提问连连，将整个研讨会推上了小高潮。接着，来自贝克曼库尔特生命科学部的霍德华，讲述了贝克曼库尔特的超高速离心机——Optima XPN在样本制备和外泌体获取方面的完整工作流程。超速离心分离，是从生物体液和细胞培养样品中分离纯化外泌体的黄金标准，可以准确地重复获取外泌体，同时最大限度减少蛋白质聚集体和其他膜离子的共纯化。上午的理论部分结束后，大家对细胞外囊泡检测，超离技术助力样本采集和精准流式技术助力囊泡研究有了全面、清晰、深刻的认识。北京站的实验操作部分，在中科院过程工程研究所的、阵容强大的三台CytoFLEX流式细胞分析仪旁展开。John Tigges和Vasilis Toxavidis现场演示了如何在CytoFLEX上进行外泌体的检测。利用CytoFLEX的WDM技术和灵活的滤光片调整特点，John Tigges轻松实现200nm以下的颗粒检测，并找到外周血中神秘的外泌体。CytoFLEX使用VSSC检测Megamix-Plus微球结果及线性表现：CytoFLEX检测血液中的细胞外囊泡结果：由于FAPD的优势CytoFLEX对颗粒大小的检测保持很好的线性。出众的分辨率不仅能将噪音与细胞外囊泡很好的分开，而且还可以对外囊泡群体进行细分，分别研究其抗体表达情况。广州站的实践操作部分在中山大学北校区医学院实验室进行。大家在两位美国专家的指导下，领略了MoFloAstrios EQ和CytoFLEX精准检测细胞外囊泡的神奇魅力。EVs的大小通常只有40nm-100nm，超出传统流式的检测范围。但MoFlo Astrios EQ的增强型双前向角设计和CytoFLEX的雪崩光电二极管以超高的分辨率和灵敏度，有效地区分噪音信号和检测囊泡。连续五轮操作培训，让操作者切身感受了一把迅速快捷、多参数细胞外囊泡检测。两场培训班内容丰富、实用，而又易于理解。到会的老师和同学纷纷表示获益匪浅。贝克曼库尔特的超高速离心机（Optima XPN）和超灵敏流式细胞仪（CytoFLEX）实现了双剑合璧，为科研工作者提供了完美且可行的外泌体检测解决方案。* 本产品仅用于科研，不用于临床诊断。(此项活动得到中国科学院过程工程所和中山大学的大力协助，特此表示感谢！)

生物、药物等许多的研究均需要通过观察细胞体积的变化或细胞数目增减的来判断和评估实验的效果。由于细胞所处环境的改变可促使其自身体积做出相应的变化，以便适应改变后的环境大致新的平衡。由于并不能清晰地知道该种细胞体积变化规律，因此必须检测其体积或细胞数目随条件、时间的变化。 　　细胞的发育与细胞分裂周期级数递增均需要连续不断的细胞增殖。 　　在培养液中正在增殖的细胞在其分裂前其体积将增大至原体积的两倍。然而对细胞发育与分裂的速度作如何调整才能保证细胞体积的不变并不明确。因此，测量细胞的体积的变化对了解与控制细胞的发育和周期非常重要。 　　细胞的死亡 　　细胞的增殖与细胞的死亡之间需要一个精细的平衡以保持足够的细胞数量。该种平衡容许细胞作最佳的状态调节以适应各样机能变化的需求。细胞死亡有两种清晰的机制，坏死与凋亡。坏死是一个病理生理的机制，包括细胞膨胀以及细胞膜破裂而释出内容物。凋亡则是一个程序式死亡的机制。凋亡的特征之一就是细胞收缩。细胞有缺陷的凋亡与过度凋亡，两者同样会导致严重疾病。 　　渗透压的补偿 　　任何种类的细胞都有可能因处于不利环境而死亡。细胞犹如多孔的网筛极易因渗入已溶解于周围环境的化学物而使渗透压受影响。细胞内外环境中该些溶解物颗粒数目的不平衡，将会导致水份透进细胞而使其体积涨大，或者是水份从细胞渗出使其体积收缩。 　　当细胞或微生物遭遇环境的变化，它们都会尝试通过自身调节来适应新的环境。 　　细胞平均体积(MCV)的变化 　　当细胞或微生物遭受环境变化时，它们将通过自身调整以图适应新的环境。一些例子中细胞需要改变自身体积以便达到适合的目标。 　　由贝克曼库尔特公司出品的Multisizer 3 库尔特细胞特性分析仪是目前最权威的细胞体积、细胞计数的分析仪器，应用文献多不胜数。无可逾越的领先技术更使Multisizer 3 成为分辨率最高的仪器。国外的用户统计表明，Multisizer 3 已成为细胞实验室必备的研究工具。 　　自华莱士• 库尔特先生发明 库尔特原理 以来，该原理已广泛应用于材料、生物、医学、制药等众多的领域。目前生物领域的细胞计数标准就是库尔特原理。美国材料实验协会ASTM将库尔特原理定为生物细胞计数的标准(ASTM-F2194)。国际血液学标准化委员会亦指定库尔特原理为计算红细胞与白细胞的标准实验室方法 (Clin. lab. Haemat. 1988. 10, 203-212.)。 　　作为库尔特原理及技术应用的鼻祖，美国贝克曼库尔特公司始终保持着技术领先的优势。† 库尔特计数仪(Coulter Counter)无论在研究还是在质量控制的应用均具有深远的影响力。在权威的研究机构及其发表的学术文献当中，库尔特计数仪均担当着不可或缺的角色。 　　多年来贝克曼库尔特公司在市场上推出了一系列的库尔特计数仪(Coulter Counter)，如：ZM、TA II、Multisizer II等系列型号，为科研与产品控制的实验室颗粒/细胞的检测提供最可靠的分析手段。Multisizer 3 型库尔特颗粒/细胞计数及粒度分析仪为当今所有计数仪、粒度分析仪当中分辨率最高的仪器。 　　库尔特原理(Coulter Principle) 　　又称为电感应区技术。 　　悬浮于弱电解液中的细胞被抽吸而经过一个小孔，因产生外加电压而形成“感应区”。细胞经过小孔时，细胞的体积替代了电解液的相应体积。因相应体积的电解液被替代，小孔感应区产生电压脉冲而导致电阻的改变。脉冲的强度与细胞的体积成比例的关系 。 　　Multisizer 3 先进的DPP 数码脉冲处理器，使测量过程中的数以百万计的脉冲信号无须经压缩而保存。数据因无损失而能实现再分析功能。DPP的功能使得Multisizer 3 能够实时监测样品在分析过程中的原始变化。 　　DPP同样可用于检测细胞体积的改变。在许多的生化过程中细胞体积是一个重要的参考因素。如细胞发育、细胞周期、细胞死亡、渗透压的补偿、致病机理和吞噬作用等。Multisizer 3 可以观测细胞粒径与体积从几秒到几小时内的变化。 　　DPP技术在低温生物学中的应用 　　这是在冷冻过程中受渗透压影响的细胞，其平均体积(MCV)的分布曲线和20秒内连续的脉冲峰值平均值的变化。 　　择任意的脉冲群可以将一个粒度分布“分割”成多重的分布。因此，可获得在分析全程中的某一时段的粒度分布。如图示，可获得细胞的平均直径随时间的变化。 　　使用Beckman Coulter 的Multisizer™ 3 库尔特体积粒度分析仪将能方便而精确地测量细胞平均体积(MCV)的各种变化。

“隔空取物”是人类的梦想。这种科幻超能力现被超声科技实现并可望用于治病救人。近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员郑海荣团队开发出一种相控阵全息声镊操控技术，在生物体及血流中实现了对含气囊细菌群的无创精准操控和高效富集，在动物模型中实现了肿瘤靶向治疗应用。相关研究成果以In-vivo programmable acoustic manipulation of genetically engineered bacteria为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。该相控阵全息声镊系统基于高密度面阵列换能器产生可调谐三维体声波，通过对空间声场在活体血管内等复杂环境中的时空精准调控，在活体血管内等复杂环境中操控了含气囊细菌团簇，使其精准地移动到目标区域并发挥治疗功能，有望为肿瘤的靶向给药和细胞治疗等提供理想手段。光、声、电、磁等经典物理手段是实现“隔空取物”非接触操控物体的可能途径。光镊操控技术于2018年获得诺贝尔物理学奖，在微纳尺度颗粒操控上展示出精准优势，但存在对非透明生物体穿透深度有限的问题；磁镊一般需要磁性颗粒的结合，易导致细胞活性受影响。相较而言，基于高频声波梯度声场设计的声镊技术是一种通过声波与目标物体相互作用产生辐射力以实现非接触操控物体的方法，在非透明生物体系中具有作用力大、穿透性强、操控通量高等优势。基于空间体波的相控阵全息声镊具有声场时空动态调控能力且实验架构灵活，是生物体等复杂环境内实现对目标进行靶向操控的理想手段。      郑海荣带领的深圳先进院医学成像团队，经过十多年声操控技术积累，基于超声辐射力作用原理，利用高密度二维平面阵列和多通道可编程电子系统，结合空间声场调制、超声成像和时间反演算法，提出并构建了可编程相控阵全息声镊理论、技术和仪器体系，为生物体等复杂环境下的精准声操控奠定了基础（图1）。该团队分析不同声对比系数粒子受到的声辐射力，完成初步的理论验证；模拟活体组织环境，利用时间反演矫正声波畸变，构建复杂环境中精准声操控的模型；交替发射超声成像与操控脉冲，实现非透明介质中超声成像实时引导的三维声镊。该团队继续在相控阵全息声镊领域深耕，推动了二维高密度超声阵列的微型化以及融合显微成像，初步实现了细胞、微生物等的离体三维声操控验证，进一步结合基因编辑等技术，推进了可编程相控阵全息声镊在各领域的关键应用。该工作推动相控阵全息声镊高精度高通量操控技术取得了生物医学应用的突破，实现了在体声操控细菌对于实体肿瘤的靶向治疗（图2）。     从理论研究层面，该团队提出了复杂声场环境中声辐射力离散表达与计算理论，解决了复杂声场的任意结构微粒受力量化表征的问题，并探究了复杂环境中空间声场作用下操控目标的动力学行为。从工程研发层面，该团队通过长期的技术探索与积累，攻克了高密度声镊换能器研发中声场设计和制造工艺等难题，研制了二维高密度超声换能器阵列，利用全息元素构建和时间复用的方法，结合多通道高精度时间反演超声激励，实现了强梯度声场生成和复杂声场的时空动态调控。从生物医学应用层面，该团队利用基因编辑技术，在细菌细胞中产生了亚微米气体囊泡，提升了细菌的超声敏感性，增强了其受到的声辐射力，使得含气囊细菌可以克服流体拉力，驱使它们在焦点区域聚集形成团簇（图3）。     当工程菌被聚集成团簇后，通过电子控制声束沿着预设可编程的轨迹移动，如在分叉微流腔中的细菌团簇可以选择性地通过分叉口，或在无边界条件下沿着字母A形进行移动，或同时操控两个团簇沿着矩形路径移动。整个团簇的轨迹与预设路径匹配。利用全息声元素构架法，阵列可以产生具有不同拓扑电荷的聚焦涡旋。当预设的拓扑荷数发生变化时，含气囊细菌团簇所显示的涡旋场模式随之发生变化。由于角动量的存在，团簇可以围绕涡旋中心连续旋转。     生物体组织结构复杂易引起声波畸变，且高速血流的存在阻碍了血管内的声操控。该团队结合相控阵全息声镊与显微成像，构建动物模型，实现了在活体动物水平通过电子控制声束对含气囊工程细菌进行可编程操控。在小鼠尾静脉注射工程菌后，该研究利用小鼠透明背脊皮翼视窗模型进行观察，打开相控阵全息声镊，使得工程菌在声束焦点处聚集。研究通过对含气囊工程菌和普通大肠杆菌分别在小鼠背部浅表血管中进行声捕获比较发现，只有含气囊工程菌可以被捕捉在聚焦声束中心，并在血管中形成簇状。进一步，研究在不同直径的血管也尝试对含气囊工程菌进行声捕捉。进一步，通过电子偏转声束，研究实现了含气囊工程菌的体内声操控。在声镊操控下，含气囊工程菌可以沿着血管前后移动，还可以选择性地穿过血管分叉。声镊可以同时操控两个工程菌团簇在同一条血管中，将其彼此靠近或远离。上述研究表明，相控阵全息声镊系统操控含气囊细菌团簇的运动可严格按照程序设置进行，展示出优异的时空操控精度，使这些细菌能够逆流或按需流动到活小鼠的预设血管中。     进一步，高通量相控阵全息声镊操控技术可以显著提高肿瘤中工程细菌的聚集效率，并结合细菌的肿瘤杀死活性，抑制了肿瘤的生长速度，延长了荷瘤小鼠的生存期（图4）。     本研究证明了相控阵全息声镊仪器系统可以作为活体内非接触精准操控细胞的新工具。以相控阵全息声镊为手段，功能细胞及细胞球为载体，在免疫细胞治疗、组织工程、靶向给药等方面颇有应用前景。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院和深圳市科技创新委员会等的支持。 图1.相控阵全息声镊系统示意图（Research，2021）图2.相控阵全息声镊系统在体操控细胞示意图（Nature Communications，2023）     图3.声聚集基因编辑细菌和普通细菌对比图4.声操控基因编辑细菌治疗肿瘤实验

作为现代生物学实验室的&ldquo 基石&ldquo 技术，细胞培养方法和试剂的改变，可能比其他领域发生的更为缓慢。但是这并不意味着来年在细胞培养和分析领域不会发生什么惊人的进展。为了找出这些可能发生的进展，BioTechniques的编辑对来年的细胞培养和分析进行了大胆的预测。 　　1. 细胞的3D生物打印。把它看作是下一个十年的细胞培养。长久以来，我们一直在讨论，在各种惰性材料制成的3D支架上种植和培育细胞。我们已经了解如何改变支架的物理性能，以使不同的细胞过程(例如干细胞的分化)成为可能，以及如何将生长因子和其他生物大分子放置到支架中，以与细胞相互作用。所有这一切，都是利用传统移液器将细胞滴入这些支架中。但是，在细胞培养世界中，随着细胞的3D生物打印在世界范围内的更为普遍，我们可能会突破这一技术限制。事实上，澳大利亚墨尔本St. Vincent医院的研究人员正在致力于生物打印干细胞，最终为神经系统疾病的研究生成人脑组织。3D打印机的特异性与它们对生物学样本的适应性相结合，让我们在2015年有良好的时机，不仅能看到打印的脑组织，而且还能生物打印其他组织和细胞排列。 　　2. 最后了解你的细胞?我们继续把它作为每年的一个预测问题。人们越来越了解生物学中的可重复性问题，已经导致人们强烈抗议用定义明确、经过验证的试剂开展的精确描述的实验。然而，问题仍在于，使用的是未经验证的细胞系。来年我们能够看到这方面发生重大变化吗?也许在提供资金之前，资助机构将需要细胞系的认证数据?也许用于认证的资金将被补充到研究资金里面?或者也许该出现一种用于好用细胞系认证的单一数据库和程序。 　　3. &ldquo 太空细胞&rdquo 。现在我们来做出2015年最深远的预测：更多检测有限重力对细胞的影响，将对真实感3D细胞培养和再生医学应用，提供一种更好的路径。让我解释一下。随着航天任务的增多，以前在太空检测细胞的工作已经有经验了，在接下来的几个月，太空细胞培养将变得越来越普遍。在2014年，英国杜伦大学的Stefan Przyborski，将细胞送到国际空间站，以检测3D细胞培养，并研究微重力对细胞的生理学影响。Przyborski一直热切地参与3D细胞培养方法的发展，他开发了一种支架，可使一种比传统2D平板更加现实的培养环境成为可能。但事实证明，在微重力环境下，细胞更容易聚集在一起，一些学者甚至认为，这样的环境可能对于推动再生医学工作而言是完美的。因此，在来年，商业太空旅行可能会大大增加，细胞太空培养方面的见解，可能为再生医学进步做了更好的准备，我们认为，2015年可以看到新的空间细胞生物学研究。

p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 什么叫做单细胞基因测序(Single-Cell Sequencing)? /span /p p 　　一句话说，就是单个细胞水平上对基因组进行测序。2013年，自然杂志把年度技术授予了单细胞 a title=" " href=" http://www.instrument.com.cn/application/SampleFilter-S01-T000-3-1-1.html" target=" _self" span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 基因测序 /span /a (Single Cell Sequencing)，认为该技术将改变 a title=" " href=" http://www.instrument.com.cn/application/SampleFilter-S01-T000-3-1-1.html" target=" _self" span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 生物界和医学界 /span /a 的许多领域。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 我们为什么要进行单细胞基因测序? /span /p p 　　传统的测序方法，无论是基因芯片或者二代基因测序技术(Next Generation Sequencing，NGS)都需要从超过10万个细胞中提取一大堆(bulk)DNA或者RNA，而提供的信息是一大堆细胞的平均值。但是传统的方法，对于理解人体细胞的多样性有着明显的局限性。 /p p 　　在人体的每一个组织中，比如说，肾脏组织，拥有着大量不同的细胞类型，每一种细胞类型有着独特的起源和功能。每一个细胞的谱系和发展的状态又决定了每个细胞如何和周围的细胞和环境如何反应，把基因测序应用到单个细胞层面，对于我们理解细胞的起源，功能，变异等有着至关重要的作用。 /p p 　　关于二代基因测序已经详细在我们的前期两篇深度报告中进行了介绍，在本篇报告中，我们将详细解读单细胞基因测序，以及该技术对癌症，辅助生殖以及免疫学等领域带来的新的突破。 /p p 　　 strong 一、单细胞基因测序行业：刚启程，面临引爆点 /strong /p p 　　BCC Research的一项分析报告指出，2014年全球单细胞分析(Single-cell Analysis)的市场达5.4亿美金，预测将从2015年的6.3亿美金增长到2020年的16亿美金，复合增长率达21%。根据GENReports的报告，关于单细胞分析的文章发表在过去的几年也有着爆发性的增长。 /p p style=" text-align: center " 　　图2：单细胞分析的文章发表数量 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/006c9fd7-a2cd-46b2-a028-18b51b5ea3cd.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：GEN，民生证券研究院 /p p 　　其中，传统的单细胞基因组学主要是由基因芯片和PCR主导的，随着二代基因测序的成本以超摩尔定律下降，目前单细胞基因组学逐渐由二代基因测序技术接棒。 /p p 　　和qPCR在90年代的发展一样，目前所有的刺激因素(高度的科研兴趣，生物医药巨头公司的关注等)正在解锁这个市场，单细胞基因测序行业正面临引爆点。 /p p 　 strong 　二、单细胞基因测序的基本流程：单细胞分离--基因组扩增--测序和分析 /strong /p p 　　单细胞测序，简单地说，主要经过如下的步骤：单细胞的分离--DNA/RNA的提取和扩增(全基因组扩增和全转录组扩增)---测序以及后续的分析和应用。 /p p style=" text-align: center " 　　图3：单细胞测序的步骤 /p p style=" text-align: center " img title=" 2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/782ee757-3c06-4a1b-9103-4c7336ac2929.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Recent advances and current issues in single-cell /p p style=" text-align: center " sequencing of tumors，民生证券研究院 /p p 　　2.1 单细胞的捕捉和分离 /p p 　　单细胞测序的第一步是单细胞的分离和提取，目前的方法主要有如下几种方法：流式细胞术，激光捕获显微切割技术以及微流控技术。 /p p style=" text-align: center " 　　图4：单细胞分离的三种方式：流式细胞术，激光捕获显微切割以及微流控技术 /p p style=" text-align: center " img title=" 3.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/ea66e087-c9b2-4930-a4d3-50025543fe8b.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Technologies for Single-Cell Isolation，民生证券研究院 /p p 　　1)流式细胞术 (Flow Cytometry) /p p 　　是指通过对于悬浮于流体中的细胞或者其他颗粒进行定量分析和分选的技术。在各种流式细胞仪中，大家主要讨论的是荧光活化细胞分类计FACS(Fluorescence Activated Cell Sorting)系统分离单细胞。定量原理：待测细胞经特异性荧光染料染色后，加入样品管中，经过测量区，由染色后的细胞在激光照射下的荧光产生的电信号来进行定量分析 分选原理：通过流束形成含有细胞的带电液滴来实现的。 /p p 　　2)激光捕获显微切割技术Laser Capture Microdissection(LCM) /p p 　　LCM技术可以在显微镜直视下快速、准确获取所需的单一细胞亚群，甚至单个细胞，从而成功解决了组织中细胞异质性问题。其基本原理是通过一低能红外激光脉冲激活热塑模-乙烯乙酸乙烯酯(EVA)膜，在直视下选择性地将目标细胞或组织碎片粘到该膜上。 /p p 　　3)微流控技术(Microfluidics) /p p 　　微流控技术是一种用于精确控制微量液体的技术。微流控芯片是实施该技术的平台，通常通过细微的管道对液体实施操控，微流控对液体的操控尺度, 刚好适合于单细胞样品的处理操作。 /p p 　　2.2 全基因组扩增 (Whole Genome Amplification. WGA)/ 全转录组扩增 (Whole Transcriptome Amplification，WTA)：单细胞测序的难点 /p p 　　2.2.1 主要的三种全基因组扩增技术，各有优势 /p p 　　由于在单细胞中的DNA和RNA的数量非常小(几个pg)，用传统的测序仪无法检测，所以科学家们必须首先对这些分子进行扩增，同时尽量的减少错误。目前的全基因组扩增技术主要有三种：简并寡核苷酸引物PCR扩增(DOP-PCR)，多重置换扩增(MDA) 和基于多次退火和成环的扩增循环(MALBAC)。 /p p 　　1)基于PCR技术的全基因组扩增技术，例如DOP-PCR(简并寡核苷酸引物PCR扩增) /p p 　　DOP-PCR是一种部分随机引物法, 其引物构成为3& amp #8242 -ATGTGG-NNNNNN-CCGACTCGAG-5& amp #8242 ；主要 利用3& amp #8242 端ATGTGG这6个在人体中分布频率极高的碱基作为引导, 以6个碱基的随机序列来决定特异的扩增起始位点，从而达到扩增整个基因组的目的。 /p p 　　2)多重置换扩增(MDA) /p p 　　MDA是一种等温的链置换扩增反应, 其使用随机的6碱基引物在多位点和模板链结合, 接着利用 phi29DNA 聚合酶很强的模板结合和置换能力实现对全基因组的扩增。 /p p style=" text-align: center " 　　图5：DOP-PCR和MDA全基因组扩增技术简介 /p p style=" text-align: center " img title=" 4.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/d9b0aef0-e3b1-4c63-8313-c20796064bb3.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Single-cell genome sequencing: current state /p p style=" text-align: center " of the science，民生证券研究院 /p p 　　3)MALBAC(Multiple annealing and looping-based amplification cycles)基于多次退火和成环的扩增循环 /p p 　　通过采用特殊引物，使得扩增子的结尾互补而成环，从而达到近乎线性的扩增,该技术是哈佛大学谢晓亮教授团队发明的。 /p p style=" text-align: center " 　　图6：MALBAC全基因组扩增的示意图 /p p style=" text-align: center " img title=" 5.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/83e2f828-d990-4b9c-afd6-bd692fc52888.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Single-cell sequencing by Doug Brutlag，民生证券研究院 /p p 　　表1：三种类型的全基因组扩增方式比较 /p p style=" text-align: center " img width=" 600" height=" 302" title=" QQ截图20160302115018.jpg" style=" width: 600px height: 302px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/297e4e6e-a134-4101-a297-456cd703c3af.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Single-Cell Sequencing Technologies: Current and Future， /p p style=" text-align: center " 民生证券研究院 /p p 　　Navin 在研究报告中指出(来源：Cancer genomics: one cell at a time)，对于检测CNV(Copy Number Variation)的时候，DOP-PCR以及MALBAC较有优势，另一方面， MDA方法一般用来检测点突变。Gawad et al., (2015)更是指出，三种全基因组扩增技术并没有明显的胜者，具体方法的使用取决于研究的目的。 /p p 　　2.2.2 全转录组扩增 /p p 　　一个哺乳动物的单细胞大约含有10pg的RNA，其中mRNA大约在0.1-0.5pg，并不能满足目前测序平台的要求，所以需要进行全转录组扩增技术。 /p p 　　单细胞中提取的RNA首先经过逆转录出cDNA，然后对逆转录生成的cDNA进行扩增。目前主要的转录组扩增技术主要包括如下几种：传统的PCR，改进的PCR，T7-in vitro 体外转录组扩增以及Phi29聚合酶扩增。 /p p 　　三. 单细胞测序的主要应用：癌症，辅助生殖以及免疫学领域 /p p 　　当单细胞被分离，细胞内的DNA/RNA被提取和扩增后，二代基因测序(Next Generation Sequencing)可以用来进行后续的测序。当把基因测序应用于单个细胞层面，在下游应用领域有着先天独到的优势。 /p p 　　3.1单细胞基因测序技术有助研究癌症起因和治疗 /p p 　　首先谈一下癌症的异质性：中晚期的肿瘤或由一系列的肿瘤克隆组成，每一种克隆有着独立的变异，形态和药物反应。对于肿瘤克隆精准的诊断非常重要，因为一个占据原发性肿瘤5.1%的亚克隆种群在复发的时候可能成为主要的致病因素。 /p p style=" text-align: center " 　　图7：肿瘤的异质性 /p p style=" text-align: center " img title=" 6.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/88b49609-3a47-4577-ad2a-7e9b36b6a4dc.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Illumina，民生证券研究院 /p p 　　实体瘤由一系列不同的细胞组成，包括癌症纤维细胞，内皮细胞，淋巴细胞，巨噬细胞等。同时，实体瘤由多个肿瘤克隆亚种群构成，使得临床样本的分析更加复杂。当多个肿瘤克隆同时存在时，标准方法检测的要么是平均信号要么是主要的克隆群体(并不一定是最致病的)的信号。 /p p 　　而同时，肿瘤的异质性和癌症产生抗药性以及转移密切相关，所以，单细胞测序开始用来检测肿瘤内基因异质性，对于癌症起因以及后续治疗的研究非常关键和重要。 /p p 　　例如，Navin et al.(2011), 利用单细胞基因测序的方法(流式细胞术提取细胞-全基因组扩增-NGS)，在某个乳腺癌肿瘤组织中检测了100个乳腺癌细胞的CNVs，覆盖度大约6%，发现了三种完全不一样的克隆亚种群。 /p p 　　除了肿瘤细胞，单细胞基因测序同样可以应用于循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells)和外周血播散肿瘤细胞DTC(disseminated tumor cells)，该部分内容将在后续的研究报告中深入讨论。 /p p 　　3.2 单细胞基因测序助力辅助生殖 /p p 　　PGS(Pre-implantation Genetic Screening)是胚胎注入前遗传学筛查，主要是通过检测胚胎的23对染色体结构、数目，来分析胚胎是否有遗传物质异常 PGD(Pre-implantation Genetic Diagnosis)，主要用于检测胚胎是否携带遗传缺陷的基因，关于PGS/PGD的介绍，请参考我们之前的行业深度《基因+大数据的颠覆：从癌症基因测序到辅助生殖》。 /p p 　　PGD过程中，目前主要有三种方式获得活检材料：1)卵子的第一极体和第二极体 2)培养至第3天胚胎卵裂期的卵裂球细胞(一般取1-2个细胞) 3)培养第5天左右的囊胚细胞。 /p p 　　例如，牛津大学的Dr.Dagan Wells团队，通过对囊胚细胞进行单细胞基因测序，选择健康的胚胎植入。另外，谢晓亮教授团队通过对女方卵细胞极体细胞进行测序，结合胚胎选择，选择正常的胚胎移植。 /p p style=" text-align: center " 　　图8：卵母细胞减数分裂产生极体的过程 /p p style=" text-align: center " img title=" 7.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/a1c2724b-0f2c-4b27-9eca-d304dccd613c.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Genome Analyses of Single Human Oocytes，民生证券研究院 /p p style=" text-align: center " 　　(注：其中PB1和PB2是第一极体和第二极体) /p p 　　3.3 单细胞基因测序打开免疫报多样性研究之门 /p p 　　用单细胞基因测序分析免疫细胞的原因是现存的多样的病原体导致了免疫细胞的高度异质性，传统的检测方法，取样来自一大堆细胞，低估了单个免疫细胞的多样性，所以我们需要更加精确检测单个免疫细胞的遗传物质，从而理解机体复杂的免疫机制。正如开篇提到的Juno收购的单细胞基因测序公司AbVitro致力于T细胞和B细胞的基因测序。 /p p 　　图9展示了对单个T细胞受体基因测序(TCR Sequencing)的流程。TCR & amp #945 和& amp #946 mRNA经过逆转录，扩增，重叠延伸，目的基因被选择性地进行PCR扩增以及后续的分析。 /p p style=" text-align: center " 　　图9：TCR Sequencing过程 /p p style=" text-align: center " img title=" 8.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/04e7c357-80bd-4709-89dc-92ee07a28fa9.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Pairing of T-cell receptor chains via emulsion PCR， /p p style=" text-align: center " Illumina，民生证券研究院 /p p 　　四. 单细胞基因测序未来的发展之路 /p p 　　在目前来看，单细胞基因测序还处在非常初级的阶段，也面临很多技术的挑战，包括：如何高效的分离细胞，全基因组无偏差的扩增，以及下游的数据分析等。但各大生物医药巨头都已经目光锁定了这个方向，除了今年初Juno收购AbVitro(单个T细胞和B细胞进行基因测序)，去年八月BD公司收购了单细胞测序公司Cellular Research。Illumina也通过和Clontech合作，推出了单细胞RNA测序服务。 /p p 　　我们认为，未来的基因测序一定朝着更精准，更微观的方向前进，如今，单细胞测序正面临着一场革命，在单个细胞层面让我们在前所未有的水平理解基因组学，表观基因组学和转录组学的多样性。 /p p 　　背景案例： /p p 　　2016年1月，肿瘤免疫疗法的领头羊公司Juno宣布以1.25亿美金的股票和现金收购波士顿的一家单细胞测序公司：AbVitro Inc.。 AbVitro公司的技术起源于哈佛大学George Church的实验室，AbVitro的技术包括对单个T细胞和B细胞进行基因测序，帮助科学家们理解T细胞受体(T cell receptor & amp #945 和& amp #946 链的基因的复杂性。 /p p 　　图：Juno收购AbVitro之后的布局 /p p style=" text-align: center " img title=" 9.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/6ef1eca1-dc46-4600-9c6d-d95f77a85f9e.jpg" / /p

近日，中国科学院微电子研究所健康电子中心研究员黄成军、副研究员赵阳团队，在单细胞电学特性流式分析方法及高通量实时分析仪器研究方面取得重要进展。 单细胞电学特性生物传感与分析技术为单细胞生物物理学研究提供了新维度。该技术已被证明在全血分析、肿瘤细胞分型和免疫细胞状态评估方面具有重要的应用潜力。然而，现有的电学检测方法难以实现高通量实时性分析，限制了需要大量系统实验的单细胞电学特性研究的开展。 面该团队提出了快速并行物理拟合求解器，仅需0.62 毫秒即可在线求解出单个细胞膜比电容和细胞质电导率。与传统求解器相比，在不损失准确度的前提下，速度提升了27000倍，且不需要任何数据预采集和预训练过程，进一步实现了基于物理模型信息的实时阻抗流式细胞分析仪（piRT-IFC）（图1）。该技术可在50分钟内实时表征高达100902个单细胞，具有高稳定性、高通量、实时化和全流程自动化等特点。作为示范应用，该团队对药物处理后HL-60中性粒细胞脱粒现象这一典型的快速变化的生物过程进行实时表征分析。与普遍采用的神经网络辅助加速方法对比研究表明，piRT-IFC具有速度快、准确度高和泛化能力强的优势，具备广泛的应用潜力。 相关研究成果以piRT-IFC: Physics-informed real-time impedance flow cytometry for the characterization of cellular intrinsic electrical properties为题，发表在《微系统与纳米工程》（Microsystem and Nanoengineering）上。该研究由微电子所和计算技术研究所合作完成。近年来，该课题组面对单细胞物理特性检测存在敏感机理不明和技术实现困难等关键技术瓶颈，开创性提出了基于微流控技术的“交叉压缩通道”敏感新原理和单细胞电学模型，建立了基于微流控芯片的单细胞电学特性高通量定量检测方法，检测参数包括细胞膜比电容和胞浆电导率，通量比膜片钳等常规方法高10000倍，并进一步研发出实时高通量单细胞电学特性流式分析仪（图2）。仪器入选中国科学院自主研制科学仪器名录，与首都医科大学宣武医院、首都医科大学附属北京胸科医院、计算所等单位合作，成功用于脑卒中动物模型、癌症病人样本、药物模型等领域的多种细胞的分析，为肿瘤/脑卒中等精准诊断、药物筛选等提供了有力工具，并发现了新型标志物，验证了相关药物候选分子的作用、获得授权专利。研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会、北京市、中国科学院的支持。阻抗流式细胞分析仪（piRT-IFC）原理样机、核心微流控芯片、设备交互界面、典型结果和自动化实时数据处理流程 图2. 基于微流控芯片技术的单细胞电学特性活体单细胞分析仪（左）及核心微流控芯片（右）

20世纪60年代，自骨髓移植成功治疗造血系统疾病以来，人们对干细胞治疗的研究产生了极大的兴趣。干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是机体的起源细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞或组织器官。干细胞治疗是把健康的干细胞移植到病人体内，以达到修复病变细胞或重建功能正常的细胞和组织的目的。 在刚刚结束的&ldquo 2011细胞治疗技术研讨会&rdquo 上， GE医疗的全球研发总监Dr. Stephen Minger做了题为《Therapeutic and Research Potential of Human Stem Cells》的演讲，分享了他对人类干细胞研究与临床应用潜力的看法。 Dr. Stephen Minger 演讲现场 干细胞疗法就像给机体注入新的活力，相比于常规方法，具有很多突出优势。目前很多细胞退行性疾病的发病机理幵不明确，如心脑血管疾病、糖尿病、肝硬化、肢体缺血性疾病等，由于干细胞具有"修复再生"的生物学特性，干细胞治疗有可能成为此类疾病的终结者。无论是自体干细胞移植还是异体干细胞移植，由于所采用的干细胞免疫原性非常低，几乎不引起排异反应，因此，干细胞治疗高效安全、无毒副作用，同时，干细胞治疗可以很好的与基因治疗相结合，还是基因治疗的良好载体。成体干细胞取自成人自体或胎盘和脐带血，因此来源十分广泛，不用担心治病"原材料"短缺的问题。 干细胞技术是当今生命科学的聚焦点，被誉为二十一世纪生物和医学技术领域可能取得革命性突破的项目，有望启动具有划时代影响的一场"医学革命"，将会为社会带来巨大的社会效益。 干细胞研究和临床应用需要严格的监测细胞的属性，以确定该细胞是否保留其多能性，处于分化阶段，这对于确认干细胞性质非常重要。此外，也需要有适当的分析方法用于测试和优化干细胞的培养和分化条件。这些方法通常包括使用流式细胞仪分析生物标志物的表达，以及用RT - PCR迚行基因表达的研究。然而当前，高内涵分析技术较上述技术体现了更多的研究优势，帮助研究者更好地定量研究干细胞的多能性与分化作用，实现科研与临床的转化。 通用电气医疗集团（GE Healthcare）推出了IN Cell系列最新一代高端产品IN Cell Analyzer 6000 激光共聚焦高内涵细胞成像分析系统，它将高质量激光光源和高内涵细胞成像分析相结合的系统，使高速度和高质量细胞图像获取和分析达到统一，为客户提供了快速而精准的细胞技术分析平台。它可以满足要求更高的高内涵分析和筛选。拥有专利技术的光学系统采用了全新的设计理念：IN Cell Analyzer 6000的共聚焦光阑是可变的，类似于眼球虹膜控制瞳孔的大小；感光成像采用了新一代科研级sCMOS技术。针对不同要求和难度的实验，IN Cell Anaylzer 6000提供成像速度和图像质量最优组合。 与此同时，GE还推出了以金属卤素为荧光光源的IN Cell Analyzer 2000全自动荧光显微镜型细胞高内涵成像分析系统。该系统非常灵活，使用广泛，可以为您实现一些以前无法完成的实验设想。可实现从显微观察到自动化筛选，以及细胞器、细胞、组织和整个生物体的成像。IN Cell Analyzer 2000有着硬件和软件的独特组合，能够非常快速地获取图像，是筛选的理想选择。该仪器是利用六西格玛原理来设计的，结构坚固，能确保它在多用户环境中高通量应用的可靠性。

细胞生物学前沿技术交流会（流式细胞分析分选技术专场）通 知近年来，生命科学前沿深入研究和公共健康领域应用的迫切需求都对相关仪器技术、实验方法的迭代更新起到了极大的推动作用，尤其是交叉学科不断融合，促进了包括流式细胞分析分选技术在内的细胞生物学研究手段的快速发展，全光谱流式、质谱流式、成像流式、纳米流式、拉曼流式等创新技术层出不穷，流式细胞技术在生命科学基础研究、医学临床诊断等领域的发展和应用场景越来越广泛，运用方案越来越深入。兹定于2023年4月13-14日在上海召开“细胞生物学前沿技术交流会（流式细胞分析分选技术专场）”。本次会议由中国科学院上海生命科学大型仪器区域中心主办，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心公共技术中心承办，旨在邀请流式前沿领域的技术专家向与会人员详细介绍各类技术的原理、技术特点及应用场景，拓展科研人员在技术方向上的认知，促进这些前沿技术为更多从事科研、研发及检测人员所灵活、高效、高质运用。现将有关事宜通知如下：一、会议时间与地点会议时间：2023年4月13-14日会议地点：上海市徐汇区岳阳路320号新生化大楼312报告厅二、会议内容会议将围绕多种类型、不同技术路线的分选技术（成像型光谱流式细胞分选、空气激发型光谱流式细胞分选、拉曼细胞分选）和分析技术（质谱流式细胞分析、在体流式细胞分析、成像型流式细胞分析、微流控单细胞分析、纳米流式分析）等前沿流式相关技术的技术特点及运用场景展开介绍与讨论交流。为支持国产仪器自主创新，会议还将优先推介国产流式细胞分析分选设备。三、会议日程2023年4月13日时 间内 容报告人主持人09:00-09:05区域中心领导致欢迎辞09:05-09:20相关主管部门领导致辞09:20-09:50高通量流式拉曼细胞分选仪及应用马 波中科院青岛生物能源与过程所研究员张文娟09:50-10:20拉曼分选技术前沿——细胞表型探索新工具李 备中科院长春光机所研究员10:20-10:35茶歇10:35-11:05循环细胞的活体无创光学动态监测魏勋斌北京大学教授张文娟11:05-11:35“图鉴不同，像由心选”BD高速图像光谱流式分选技术钱 璟碧迪医疗器械（上海）有限公司高级产品应用经理11:35-13:30午餐，自由讨论与交流13:30-14:00全光谱流式原理与分选技术的应用冯定龙Cytek华东区高级技术经理边 玮14:00-15:30谱康光谱流式细胞仪技术及应用杨 凡谱康医学应用技术支持15:30-15:45茶歇15:45-16:15空气激发型光谱分选技术用于高活性细胞分选及单细胞分选应用李 凌赛默飞世尔科技（中国）有限公司高级技术应用经理边 玮16:15-16:45全光谱流式前沿技术和应用曾令武索尼生命科学高级市场经理16:45-18:00自由讨论与交流2023年4月14日时 间内 容报告人主持人09:30-10:00纳米尺度生物颗粒的精准表征利器 — 纳米流式检测技术颜晓梅厦门大学特聘教授边 玮10:00-10:30新一代单细胞靶向蛋白质组学平台——Starion星瀚流式质谱系统刘浥坤上海宸安生物科技有限公司高级应用科学家 10:30-10:45茶歇10:45-11:15基于流式光片的斑马鱼高通量三维成像技术研究李 辉中科院苏州医工所研究员边 玮11:15-11:45“功能为王”-单细胞功能高通量深度表征平台开启单细胞多组学研究新篇章朱 凯PhenomeX资深应用科学家 11:45-13:30午餐，自由讨论与交流13:30-14:00新概念柔性流式细胞分选技术及其应用张 萍德国美天旎全国科研应用经理俞珺璟14:00-14:30Namocell 微流控单细胞分选技术的原理和应用陈科立Namocell经理14:30-15:00成像增强型流式细胞分析结合AI图像技术用于细胞表型和形态研究应用李 凌赛默飞世尔科技（中国）有限公司高级技术应用经理15:00-17:00自由讨论与交流四、报名方式本次会议免注册费用。请参会人员扫描下方二维码填写会议回执，并于2023年4月11日中午12点前提交反馈，以便会务组安排相关事宜。五、会议联系方式姜颖文：15721565165，jiangyingwen@sibcb.ac.cn何 钧：13611699686，jun.he@sibcb.ac.cn中国科学院上海生命科学大型仪器区域中心中国科学院分子细胞科学卓越创新中心公共技术中心2023年4月6日

仪器信息网讯 6月7日，Cytek Biosciences宣布推出全新的台式高维细胞分选仪- Cytek Aurora CS。全新台式流式细胞分选仪发布，实现超高分辨细胞分析Cytek Aurora CS流式细胞分选系统据了解，该流式细胞分选仪采用Cytek独特的全光谱分析技术（Full Spectrum Profiling, FSP™ ），Aurora CS可在单细胞水平提供超高分辨率的数据结果，帮助科学家和研究人员将复杂实验简单化，轻松解决最具挑战性的细胞分析，如高自发荧光的细胞分析、或关键生物标志物表达水平低的细胞分析等。使用Aurora CS，研究人员可以从微孔板或试管中轻松分选活细胞或其他颗粒，用于下游分析实验，如单细胞RNA测序、蛋白质组学和细胞生物学研究等。Cytek于2017年首次推出了其旗舰级产品-Aurora流式细胞分析系统，Aurora系统利用突破性的Cytek FSP™ 技术，采集来自多个激光器激发的荧光素全光谱信号，轻松分辩单细胞上的多种荧光标记，显著提高了高参数细胞分析的灵敏度，极好的解决了流式检测受技术局限的问题。Aurora CS基于同样的FSP™ 技术，保持了与Aurora一致的优秀特性和强大功能。独特的光学设计和解析方法能让使用者体会到更高的灵活性， 不仅可广泛选择大量新的荧光染料，且无需为每个应用重新设置仪器。先进的光学系统和低噪音电子系统，带来超强灵敏度和卓越分辨率的细胞分析体验，包括分析那些高自发荧光或关键生物标志物表达水平低的细胞。Cytek Aurora分析系统和Aurora CS分选系统，利用Cytek独有的FSP™ 技术，可以检测标记在每个细胞上的多种荧光探针的全光谱信号，在单管样本中，即可完成高度复杂方案（40色方案）的分析和分选，使科学家们能够更深入更完整的了解生物系统。结合FSP™ 技术和高端分选特性，Aurora CS为研究人员提供了一个可应用于多种生物学场景和分选条件的解决方案。搭配SpectroFlo CS软件，在更短的设置时间下，即可轻松实现6路分选、自定义分选、自动液滴延迟和分选液流监控等操作，满足各种科学研究与应用的需求。网络会议预告 点击报名参会

您是否刚接触酶标仪苦于不会操作？您是否在使用过程中碰到难题苦于无人指导？面对庞大的数据，您是否苦于不会通过软件进行有效处理及分析？如果您拥有了一台多功能酶标仪，您是否已经对其多种功能和应用都有开拓并好好利用？如果您的回答是肯定的，如果您想变身酶标达人，那就快来注册参加Molecular Devices的酶标仪应用操作/软件数据分析指导系列网络讲堂吧！每月一期，期期精彩！本期是2014年最后一期，感谢大家连续7个月来的陪伴。2015年3月起我们将继续开展网络讲堂活动，为大家带来更多更全面的应用及指导！第七期：如何使用酶标仪成像功能进行细胞计数、细胞死活和荧光蛋白表达分析日期：2014年12月26日，周五时间：上午 10:00 -11:00（北京时间） 本期导读：随着酶标仪功能的发展，已经不止用于读取光信号值反映分子生化水平，还能通过拍摄明场或荧光通道的图片直观呈现细胞，便于判断当下的细胞状态（细胞数量、细胞形态、细胞生长饱和度、细胞死活等），以及获得精确到细胞级别的定量关系（细胞平均荧光值，总荧光值等），有助于研究人员掌握更全面的信息对分子生化过程进行更准确的判断。主讲人：张艺婷，应用科学家，酶标仪产品线，美谷分子仪器（上海）有限公司往期回顾：第一期：如何使用SpectraMax微孔读板机进行快速定量检测DNA和RNA第二期：如何使用MD酶标仪进行ELISA检测和使用SoftMax Pro软件进行数据处理第三期：荧光解读与活细胞荧光蛋白检测第四期：如何使用酶标仪化学发光功能检测细胞活性及萤光素酶报告基因第五期：时间分辨荧光检测技术特点、应用以及如何使用Molecular Devices微孔板读板机进行参数设置第六期：如何使用SpectraMax M5多功能微孔板读板机和IMAP荧光偏振检测平台进行激酶活性的分析若您希望注册参加在线讲座，请联系info.china@moldev.com询问。

6月6日，深圳市倍捷锐生物医学科技有限公司（以下简称：倍捷锐）在厦门成功举办 “光学无标记高内涵定量相位成像产品发布会”， 正式发布两款基于自主研发的定量相位成像技术的生物成像产品系列:Basic系列与Pro系列。Basic 系列（来源：倍捷锐）Basic系列产品可实现高速、动态的活细胞分析，支持微流控分析、AI细胞识别等功能，可用于活细胞的高通量筛选等应用，同时兼容荧光成像系统。Pro系列（来源：倍捷锐）Pro系列产品具备更高精度与更强功能定制能力，可实现细胞精细结构的定量分析、活性与产量分析、细菌种类分析等，支持深度定制及荧光成像功能，服务于科研及合成生物等方向。无标记高内涵成像成像对比（来源：倍捷锐）倍捷锐致力于开创新性先进光学成像技术，并以无标记高内涵显微术-定量相位成像技术（QPI）作为核心，拓展其在生物医学的产业方向的应用。QPI技术能够定量表示细胞产生的形貌和动态变化，无需标记染色，只需通过测量被测微观物体透射光（或反射光）的相位延迟，即可生成反映物体形态学和动力学的图片。因此，QPI技术能够实现对细胞无损、长时间成像分析，降低对荧光等耗材的依赖。倍捷锐科技有限公司成立于2018年，坐落在香港科学园内。创始人来自麻省理工学院、香港中文大学、波士顿大学等高校。公司致力于开发国产创新先进光学成像产品，并以定量相位成像技术作为核心，拓展其在生物医学、微纳加工、材料等产业方向的应用。团队历经三年多时间，借助香港中文大学的科研实力，构建了完善的产学研转化模式，实现了细胞特性、血液分析多维度的检测技术积累。目前，倍捷锐团队拥有包括美国地区在内多项自主核心知识产权，完成3代原型机开发，与斯坦福、清华大学、浙江大学等国内外多所高校合作，原型产品已进入科研、工业领域实际应用。

安捷伦首届细胞分析创新峰会圆满落幕，尽情展现细胞分析技术的尖端应用 序曲 奇妙的细胞地球上第一个有生命的细胞诞生距今已有三十八亿年[1]，然而直到三百五十多年前[2]，科学家通过特殊的显像工具方才一睹它的真容。有赖于不断革新演进的细胞分析技术，如今，研究人员能够深度解析细胞结构、代谢、微环境以及细胞生命周期活动中的动态变化，为以细胞模型为基础的多学科应用及产学研转化提供强力的技术支撑。在全球领先的细胞分析技术阵营，安捷伦已成为极具影响力的企业。五月下旬，安捷伦在沪隆重举办了首届细胞分析创新峰会，并为享誉全球科研学术界的安捷伦 BioTek Cytation 产品家族面世十周年举办了庆典。与会嘉宾与安捷伦高层共同见证安捷伦 BioTek Cytation 产品家族面世十周年(左起：安捷伦细胞分析事业部大中华区总经理罗绍光，安捷伦大中华区行业拓展与应用创新团队经理安蓉，安捷伦副总裁兼大中华区业务总经理杨挺，安捷伦大中华区高级市场总监郑欣，安捷伦大中华区销售拓展团队总经理朱颖新)300 多位来自多领域的专家、学者及科研人员到会，与安捷伦高层以及技术工程师共同探讨了先进的细胞成像与分析技术在多学科中的深度应用。峰会聚集并展现细胞分析与研究领域前沿的理论与发现，各种思维与智慧的碰撞与交织，合奏出一曲细胞礼赞的乐章。第一章 问世十年，Cytation 助力生命科学研究持续开拓胞罗万像，聚力新生。安捷伦首届细胞分析创新峰会以此为主题，直观反映出细胞分析应用的丰富多样，也体现出细胞分析研究的目标——解读生命，改善生命。多位学界专家汇聚于此次峰会，期待深入交流安捷伦细胞分析技术在不同科研领域展现出的能力和价值，为各自今后的科研工作提供参考借鉴。问世至今正好十年，安捷伦BioTek Cytation毫无疑问成为本届峰会的主角。十年前，安捷伦BioTek推出了BioTek Cytation 3细胞成像微孔板检测系统，以及增强显微镜的概念，由此创造出一款自动化解决方案，帮助研究人员完成从图像采集到获取可发表数据的全过程。Cytation 3借助其丰富的功能与极具竞争力的价格，推动了自动化成像的广泛应用。为中小型实验室开启了自动化成像的大门。安捷伦副总裁兼大中华区业务总经理杨挺致开幕词安捷伦副总裁兼大中华区业务总经理杨挺在致辞中表示，十年来，Cytation 已经进驻全国近1000家实验室，让用户在自己的实验室全面掌控活细胞分析流程的应用，助力他们在细胞与生命研究领域里持续开拓。尤其是过去三年，人类与病毒和疾病抗争的这段经历，促进了生命科学领域新型研究工具的开发和利用。在这一特殊时期，以安捷伦Cytation 为代表的，基于活细胞、多参数、实时、高通量的多功能细胞成像与检测技术，为身处一线的科学工作者提供了有力的技术支撑。 第二章 细胞科研的夜空，群星闪耀安捷伦邀请了不同学科、以及跨学科的杰出代表，通过学术报告分享并探讨了他们的科研进展。在峰会上分享学术报告的专家(上排左起：郑明彬教授，刘嘉莉副教授，罗克博士 下排左起：印彤研究员，江宽副研究员，刘回民副教授）深圳市第三人民医院郑明彬教授分享了“微纳仿生药物可视化诊疗“进展。他使用 Cytation 在 3D 细胞球进行微纳仿生药物的靶向富集验证，并就微纳技术在疾病精确诊断和精准治疗方向提出了前瞻性见解。 中国药科大学刘嘉莉副教授介绍了“基于类器官的靶组织药动-药效时空异质性研究”及其拓展应用。她使用安捷伦 Lionheart 自动细胞成像仪进行 3D 细胞瘤球培养与检测，并基于 3D 细胞模型建立了空间异质性单细胞 PK/PD 评价新方法，希望通过外源性的药物代谢动力学和内源性的代谢进行cross talk去找到相关的内源性代谢的靶标和干预的策略。 伯桢生物（bioGenous）CTO 罗克博士（Dr. Emmanuel Enoch K. Dzakah）做了题为“Bioimaging in Organoid Technology: Application and Perspectives”的专题报告。类器官是近十年来干细胞研究最令人振奋的进展之一，伯桢生物在类器官技术开发与医药研发应用领域进行了非常深入的探索。罗克博士特别提到，类器官模型的高通量成像采集和分析对于类器官形态特征评价、药物高通量筛选和药效评估至关重要。此外，Cytation可以用于记录和分析类器官和其他细胞如免疫细胞的相互作用过程，因此在肿瘤免疫调节类抗体药物、免疫细胞疗法的药效评估上展现出巨大潜力。 上海交通大学医学院附属瑞金医院研究员印彤博士介绍了“国家转化医学中心（上海）质谱平台助力精准医学研究”进展。基于安捷伦Seahorse的细胞能量代谢分析是质谱平台新开展的业务，Cytation 作为细胞能量分析系统的联用设备，可以轻松实现活细胞能量代谢数据归一化，获得更准确的有生物学意义的细胞能量代谢数据。复旦大学附属眼耳鼻喉科医院江宽副研究员介绍了“流式细胞仪助力脂质纳米药物体内过程研究”进展，借助基于流式细胞术的机体细胞分离与鉴定技术，阐明脂质纳米药物体内与细胞互作及细胞间转运过程，进而明晰机体对脂质纳米药物调控机制，将极大助力脂质纳米药物的临床转化。吉林农业大学刘回民副教授安捷伦BioTek 自动化成像产品不仅被细胞分析、基础医学、药物开发等领域的研究人员广泛使用，而且也在农业研究、植物发育和食品科学中也有诸多应用。刘回民副教授介绍了Cytation 5 细胞成像多功能微孔板检测仪以及Seahorse细胞能量代谢分析系统如何帮助他实现“玉米黄素促进白色脂肪细胞棕色化的分子机制研究”。研究了植物来源的天然化合物在代谢性疾病（肥胖，糖尿病，非酒精性肝炎）中的作用机制。在这些现场学术报告以外，安捷伦细胞分析的应用专家团队也着力向各方嘉宾介绍了Cytation多功能细胞成像与分析技术、流式细胞术、RTCA 非标记细胞分析以及Seahorse 细胞能量代谢分析技术的前沿应用进展，并陪同现场的参会嘉宾一起参观了演示仪器，解答用户关心的实验和使用问题。 第三章 聆听客户需求，优化产品功能报告嘉宾在峰会期间也对 Cytation 和其他细胞分析技术给予肯定的评价，以及激动人心的期待。深圳市第三人民医院郑明彬教授讲到，Cytation在他的实验室里利用率非常高，并且他对其软件功能十分赞赏。郑教授的科研课题需要使用Cytation进行纳米机器人相关的监测，观察病毒是怎么被吞噬和吐出，因此要求设备具有极高的镜头捕捉效率。郑教授期待未来的Cytation着力打造出更先进、更专业的硬件，能够不仅用于细胞科研，而且能够拓展到合成生物学和细菌、甚至更小的物质研究领域。中国药科大学刘嘉莉副教授的实验室需要研究样本的时空表达差异，因此需要对不同样本的空间整体进行成像。实验室正在使用Lionheart成像产品以及Synergy H1酶标仪。她期待能够实现通过不同的license安装在不同电脑上，实现一台电脑成像，另一台电脑分析结果，以此节省时间提升实验效率。她也了解到最新的Cytation C10内嵌了共聚焦的功能，十分期待能够尝试使用。伯桢生物（bioGenous）CTO 罗克博士十分喜欢他正在使用的Cytation C10，因为它既可以实现共聚焦成像，又可以承担酶标仪的工作，并且还能检测活细胞成像。这样的设计能够帮他在同一时间完成多个实验项目，比如可以一边培养细胞，一边进行检测，这项功能对于细胞治疗这类大部分需要实时拍摄的课题非常适用。他十分期待Cytation C10能够和AI结合，自动帮助研究人员承担部分研究任务。上海交通大学医学院附属瑞金医院的研究员印彤博士认为，除了细胞活力和增殖等基础检测功能非常完备外，Cytation在代谢组学功能研究，即活细胞能量代谢中也可大显身手。此外，在更加前沿的空间代谢组研究中，从Cytation获得的样本图像可与质谱数据整合，获得空间代谢组信息，非常有利于将研究推向深入。印彤博士期待Cytation在帮助研究者应对课题挑战的同时，也能够为中国生命科学的发展带来更多助力。复旦大学附属眼耳鼻喉科医院江宽副研究员使用安捷伦流式细胞仪来检测药物对细胞的影响、细胞如何代谢这些药物，以及两者之间的相互作用。他对安捷伦流式细胞仪的模块化功能和整体应用的简约性十分认可。吉林农业大学刘回民副教授对Cytation系列软件的易用性、尤其对Cytation C10的成像能力十分赞赏。他认为，在传统观念里，涉及食品与农业的应用方向对细胞研究技术没有很高的需求，但是他的研究课题——食源性的天然化合物/功能活性物质，已经开始涉及医学类的需求。他期待Cytation C10不断改进成像功能，能够提供视野更大、分辨率更高的图像。 尾声 细胞分析未来可期，安捷伦推出强力技术组合安捷伦大中华区细胞分析事业部总经理罗绍光介绍部门发展历程和业务战略安捷伦大中华区细胞分析事业部总经理罗绍光在峰会上历数安捷伦细胞分析部门发展历程。自2015年收购 Seahorse Bioscience 公司，将活细胞代谢分析纳入公司重点发力的生命科学技术开始，安捷伦正式踏入了细胞分析领域。此后，安捷伦又于2018年与2019年接连并购了艾森生物（ACEA）和微孔板检测领导企业 BioTek ，正式成立细胞分析部门。借助这些举措，安捷伦开始在生命科学、癌症研究、生物制药、免疫与细胞治疗等前沿科技领域，借助多方位细胞分析技术，为用户提供更有深度、更加完善的解决方案。如今，安捷伦细胞分析事业部拥有极具优势的技术组合：流式细胞分析、微孔板检测、自动化成像以及细胞代谢分析，致力于在生命科学与临床研究以及生物医药产品的开发、生产和质控整个生命周期中，为用户提供简单、精准、可靠的检测方案。通过活细胞动态和表型的实时测量，帮助研究人员充满信心地探索细胞奥秘，揭示独特的细胞生物学机理，发现创新药物靶点，推进临床前毒理学研究，并引领新一代免疫疗法开发。细胞潜力，始于分析。安捷伦首届细胞分析高峰论坛在前沿思维的激荡中告一段落，也为安捷伦细胞分析技术和团队吹响继续前行的号角。在细胞科研的夜空，安捷伦期待能够衬托出更多星星的闪耀光芒。参考文献[1] It appears that life first emerged at least 3.8 billion years ago, approximately 750 million years after Earth was formed. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9841/[2] 人类第一次发现细胞是在哪一年 https://zhidao.baidu.com/question/501601301800761404.html

仪器信息网讯 2023年11月15日，由仪器信息网和赛多利斯联合举办的2023细胞分析技术前沿应用论坛在京成功召开，并在仪器信息网全程同步线上直播。现场座无虚席，线上、线下总计近5000位观众出席本次论坛。会议现场 大会致辞 赵鑫 北京信立方科技发展股份有限公司副总经理、仪器信息网CEO北京信立方科技发展股份有限公司副总经理、仪器信息网CEO赵鑫为活动致辞。他对各与会专家、企业家及各位线上线下的与会来宾表达了由衷的感谢！他强调生命科学是仪器信息网重点拓展的战略领域，也会时刻保持对前沿技术开发、成果转化、产业协同创新等的高度关注，也希望有更多的机会与科研界、产业界的同仁们一同探讨技术进展，推动行业快速发展。最后，他预祝本次会议圆满成功。高野 赛多利斯实验室产品与服务中国区市场运营负责人赛多利斯实验室产品与服务中国区市场运营负责人高野向现场嘉宾介绍了迄今已有150余年历史的赛多利斯在生命科学和制药行业的使命和愿景，以及赛多利斯自1995年进入中国市场后的发展里程碑。作为企业的战略重点，赛多利斯为生命科学和生物制药行业提供先进技术及解决方案的同时，助力降低研究开发过程中的成本、帮助科学家快速发现科研问题答案，提高产出，加快进程。 主题圆桌：类器官发展与挑战 除了分享前沿技术与应用成果，探讨未来发展趋势外，本次论坛也紧抓热点，特别设置了主题为“类器官创新研究与挑战”的圆桌论坛，探讨如何通过类器官，为临床治疗，新药筛选，转化医学等领域提供新的解决方案。论坛特别邀请到在类器官领域深耕多年的中国医学科学院北京协和医院冷泠教授、北京大学杨根教授、艾名医学首席运营官周轶博士三位行业专家，圆桌共话类器官领域的最新热点和面临的挑战，圆桌论坛主持由赛多利斯生命科学中国区技术经理张甲先生担任。近年来，类器官正迅速崭露头角，成为基础研究和药物发现的有力工具，在生物医学领域有着广泛的应用，包括肿瘤学、再生医学、疾病建模及药物筛选等。冷泠 北京协和医院教授冷泠教授团队主要围绕利用iPSC分化体系，创建了一种具有表皮、真皮和皮下组织完整细胞极性的皮肤类器官，并富含毛囊和皮脂腺等附属器及不同神经细胞类型的神经系统类器官。因其拥有近似自然组织器官的关键结构和功能特征，能够生长并模拟组织发育和损伤修复等过程，在研究组织再生机制、疾病模型和药物筛选等方面展现了强大的应用价值。她表示，迄今为止，应用皮肤类器官来研究或解析临床疾病的研究仍然很少。目前类器官的成熟度远远不够，有待进一步的发展。值得期待的是，基于类器官的药物筛选模型可以实现模拟人体微环境，为新药开发提供评价验证数据。体外高通量药物筛选，尤其靶向药物精准用药，也可以为基础研究药物筛选提供了思路和方法。杨根 北京大学教授杨根教授主要专注于以肿瘤类器官为代表的类器官培养、肿瘤类器官药筛在临床个性化医疗中的应用研究。他从临床和新药开发两个维度分享了类器官的应用情况。他表示，肿瘤类器官目前最大的问题就是临床可及性不高、成本高甚至存在国外耗材垄断的情况。此外，肿瘤类器官耗材的批间次稳定性不高，无法实现标准化，这也是类器官行业面临的亟需解决的问题。从临床患者角度看，类器官处于非常早期的发展阶段。周轶 艾名医学首席运营官艾名医学首席运营官周轶博士表示，站在用户角度而言类器官主要解决两个问题：第一帮助药企做更有效率的药物研发。传统的从动物到人的临床药物开发效率较低、成本高，而类器官可以实现高通量筛选，极大提高了新药开发的效率。第二在临床用药阶段帮助患者解决精准治疗。对于临床肿瘤患者的治疗一般要根据专家指南和医生经验来用药，而我们希望通过类器官给到医生精确数据报告，从而进行精准药物的指导，进一步提高三四线城市医院的诊疗水平。此外，类器官也为体外试药提供了思路。主持人：张甲 赛多利斯生命科学中国区技术经理此外，四位嘉宾就类器官发展过程的技术瓶颈、技术难题与挑战以及未来类器官人才培养的方向进行了交流与讨论。 学术报告环节学术报告环节，来自科研界、医疗界、产业界的十余位专家大咖、企业家们就细胞分析技术在各自领域的前沿应用进行了精彩的报告分享。《小分子化合物单克隆抗体精准创制技术》王战辉 中国农业大学 研究员/博导免疫快速检测是保障动物源食品安全的重要手段，但目前快速检测技术产品应用问题突出，尤其检测稳定性差、通量不高、灵敏度不高等因素导致目前快检效率低。鉴于此，王战辉研究员利用小分子化合物单克隆抗体精准创制技术在免疫快检领域进行了研究，利用高稳定性抗体+高稳定性探针+高稳定性交联指导免疫反应体系的稳健性提升，从而进一步改进免疫快速检测性能。此外，课题组进一步发力于自动化、智能化、高通量快速检测技术及产品开发。具体而言，基于微流控、微阵列的小型检测装置，对于提高自动化、智能化和数字化程度成效显著。《创新全自动无损细胞分离技术赋能细胞研究》程庆灵 赛多利斯 生物分析产品应用科学家细胞分离技术在细胞研究如细胞异质性研究、疾病研究、药物发现、个体化医疗以及发育生物学等领域中发挥重要作用。程庆灵介绍，随着科研需求的日益更新迭代，传统的细胞分离技术存在步骤繁琐效率低、挑取成功率低、细胞易失活、使用成本高等弊端凸显且亟待解决。基于此，报告指出细胞分离技术的趋势主要包含高通量、高精度和高活率三个特点。同时报告中对于满足上述特点的赛多利斯CellCelector Flex的功能特色以及应用案例进行了详细介绍。《多样化细胞分析平台赋能新药研发》王玉辉 康龙化成（北京）生物技术有限公司 体外生物学部门转化医学负责人报告主要围绕多样化细胞检测平台与类器官检测平台对于新药研发的赋能分享。他指出在药物研发中，传统肿瘤2D细胞和肿瘤3D细胞球对于药物响应相对一致，而类器官对于药物响应在某种程度上更能代表个体差异具有重要的意义，主要因为其更加接近于人体真实状态。因此，基于类器官的肿瘤模型或者疾病模型在预测药物在临床中反映出的问题，辅以对药物开发下游机制的分析，为进一步精准联合用药提供思路。《基于靶点的小分子药物的发现及药理机制研究》刘扬 北京大学第三医院 副研究员刘扬研究员研究聚焦于中药化学生物学，特别是天然药物抗肿瘤活性成分的靶标及分子机制。他建立基于互作和天然抗肿瘤成分的高通量筛选体系，发现并研究了天然抗肿瘤活性分子葫芦素B (CuB)在抗肿瘤药物高通量筛选中的应用，该研究成果入选了2022年中医药十大进展成果之一。而后基于14-3-3ζ蛋白靶点的发现，详细介绍了其在治疗阿尔兹海默症中的应用成果与进展。《基于生物层干涉技术的垂钓新方法新体系开发》王静 北京大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室 副主任技师王静老师首先对所在实验室仪器平台进行了介绍，北京大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室是药学领域的第一个国家重点实验室，主要围绕新药研究技术平台，包含生物分子相互作用平台、生物影像平台、流式细胞平台、质谱多组学平台、AI药物设计平台等10个重要平台支撑北大药学学科的建设。而后，她对于生物层干涉技术的检测原理、功能优势以及生物层干涉垂钓技术在医学和药学研究领域的应用进行了阐述，尤其该技术在中药活性成分的发现和确认、体现了重要功能。《Incucyte®长时程活细胞工作站在中医药研究中的应用》王铁山 北京中医药大学北京中医药研究院 细胞分子生物学平台负责人报告首先介绍了北京中医药研究优势特色体系：基于单细胞测序和Himap验证转录组学研究平台、基于Xenium空间原位多组学技术、基于虚拟筛选和实际筛选的验证靶点-药物筛选体系。而后他从显微成像技术的发展简史、Incucyte®长时程活细胞工作站在中医药研究中的应用详细介绍。《实时活细胞成像助力高通量活细胞功能表征》孙晓伟 赛多利斯 生物分析产品应用科学家据介绍，赛多利斯首次提出在培养箱内自动成像检测概念后，不断推出迭代更新的实时活细胞监测仪器设备。孙晓伟主要围绕实时活细胞成像设备Incucyte®在细胞活性检测、细胞形态检测与定量、细胞运动检测、微生物感染、生物药如免疫细胞治疗产品、抗体、mRNA疫苗等方面的应用。报告提到，目前Incucyte®在全球已有4000多个用户，发表1万三千多篇文献，160多篇CNC主刊文献。且对于工业客户今年新增加了21 CFR part软件模块，可以满足审计追踪要求。此次论坛的成功举办，为细胞分析技术的前沿应用提供了一个交流和学习的平台，对推动相关领域的发展起到了积极的推动作用。会场掠影

加速简化细胞和基因治疗的研发及制造流程Cellaca® PLX图像式细胞分析仪带来工作流程的革新，一站式满足多个关键质量属性的分析致力于以创新技术打造更健康世界的技术型企业--珀金埃尔默日前推出Cellaca® PLX图像式细胞分析系统，这是业界第一款能让研究人员在单个自动化工作流中实现对细胞样本多个关键质量属性（CQA）进行分析和评估的台式平台，包括对细胞性质、质量和数量的分析评估。拥有尖端技术的Cellaca PLX系统由珀金埃尔默旗下的Nexcelom公司设计，它整合了一流的图像式细胞分析仪的硬件、软件、经验证的耗材和可跟踪的数据报告功能于一体，无需复杂的校准程序或严格的培训要求，即可操作。为了进一步提升客户体验，这一专利解决方案中还使用了来自珀金埃尔默旗下BioLegend公司经验证的抗体试剂盒对试剂方案进行优化。这一新产品可为研究人员提供超越流式细胞术和染色方法的扩展细胞样本CQA分析选项，而这些分析选项历来都需要采用各种不同的仪器和分析方法进行分析。通过这些功能的整合，Cellaca PLX系统能够让研究人员在一台仪器中同时检测多个标记物（多路技术），并通过简单易用的现代化用户界面在短短数秒内即可执行免疫表型分析和细胞活性测定。Cellaca(R) PLX Image Cytometer图像式细胞分析仪珀金埃尔默生命科学事业部高级副总裁Alan Fletcher表示，"制药公司在细胞和基因治疗领域大举投入，然而他们面临的一项重大挑战是如何对复杂的细胞样本进行评估，以满足其研究和制造过程中巨大的科研需求和严苛的法规要求。目前我们仍在对Cellaca PLX Image Cytometer图像式细胞分析平台在治疗领域的应用加以开发，我们预计它对于从事CAR-T细胞治疗研究，简化免疫细胞表型分析的下游流程而言，将具有重大意义。"珀金埃尔默旗下Nexcelom公司是细胞分析领域自动化细胞计数技术和图像式细胞仪产品的领先供应商，其产品包括现有的应用广泛的Cellaca® MX高通量自动化细胞计数仪。有关新平台Cellaca PLX及其它图像式细胞分析仪和试剂的更多资讯，可在11月5日至10日在第五届中国国际进口博览会上了解，珀金埃尔默将在国家会展中心（上海）8.1号馆B4-03展示其生命科学及细胞和基因治疗产品组合的最新创新。

学理工的人大概都有这样的感觉，很多规律和现象都可以用理论、公式或算法来描述及推导。只要知道了所有的条件，便能预测结果。反过来，也可以通过现象反推关键的成因。久而久之，我们也习惯并爱上了这样逻辑清晰、条理分明的世界。以至于我们时常因为意外的结果徒然而叹，也为寻找到那孜孜以求的&ldquo 理&rdquo 而欢欣鼓舞。抛开现实里的林林总总，理工男女的生活可以很简单&mdash &mdash 以&ldquo 理&rdquo 立身，有&ldquo 理&rdquo 走遍天下，无&ldquo 理&rdquo 无地容身。这样的准则对某些人来说甚至可以上升到人生哲学的高度&mdash &mdash 直到他们遇上了生物学。 　　相比数理化，生命科学相当&ldquo 后进&rdquo 。在数理化已经发展到有相当完整的理论体系的今天，生物学，尤其是分子生物学可谓是才刚刚起步。&ldquo 不幸的&rdquo 生物工作者还处于认知的原始积累阶段。我们研究的几乎每一个对象，每一种方法，大概还没有可以宣称已经研究透彻的例子&mdash &mdash 即使对象是简单如病毒这样连生命都算不上的活性大分子。实验不能重复，现象无法解释这样的事在生物实验室里是家常便饭。许多人都遇到过PCR扩增失败，或电泳多出一条带这样的事。多数选择再做一次看看，而不是寻根究底。因为整个系统太复杂、变量太多太多了。 　　 　　系统的复杂程度太高是一方面，另外一个原因是研究手段的局限(当然还有更多客观原因，非本文主旨所以省略)。微观世界的研究手段的升级依赖于其他科学门类的进步，对手段的依赖必然导致方法论的单调。在分子和细胞生物学领域，许多人习惯用宏观思维去理解微观世界，比如重视群体现象而忽视个体差异，用一群相关的细胞代替一个系统。而对一个复杂的系统用笼统的手段进行研究，得出的结论自然是粗浅的。 　　虽然没人做过统计，但据估计至少95%以上的现代生物学研究成果是建立在对细胞群体的研究基础上。忽略细胞异质性(Cellular Heterogeneity)的方法固然降低了系统的复杂度，简化了流程。其带来的生物信息不可逆的丢失也是显而易见的。这种平均化的方法必然导致信息的稀释或丢失，在某些情况下甚至会让人得出矛盾的结论。另外，该方法让发现并分离细胞群体中的&ldquo 异类&rdquo 的尝试变得难上加难。如此，只有强信号才有可能被检测到。而这不仅让以往科学家们的努力有了不过是摘取了低处枝条上果实的意味，也让部分成果的准确性打上了问号。 　　单细胞分析技术正是解决上述问题的方法，其中最引人注目的是单细胞测序技术(Single-Cell Sequencing)。然而，细胞异质的不确定性导致需要同时分析很多单细胞以消除小量样品可能带来的偏差，而这直接和实验可行性挂钩。幸运的是，由于技术的进步和费用的降低，单细胞测序技术近年来已得到迅速推广。通过对单个细胞的逐个测序，信息的精度、深度，以及信息量可获得几何级数的增长，随之带来的是我们对具体对象更加翔实和准确的了解。而且，通过数学方法，高度相关的细胞可以被整合起来当作亚群体处理以部分消除单个细胞的随机异质性，或者按相关性重排以构建全新的不依赖于传统时间轴的图谱。这些新手段已经给我们带来了一些前所未有的认知。那些前沿科学家们所取得的成就，同时也刺激着更多的人加入他们的行列，形成了正反馈。 　　近年来，单细胞测序逐渐大众化，相关的论文发表数量在2010年后呈指数增长之势，在高品质期刊上发表的单细胞研究成果屡见不鲜。其产生的影响深远，以致Nature Methods将单细胞测序选为2013年度重大技术，并在2014年首刊专述。在后面的文章中我将会挑选几篇有代表性的文章谈谈它们的意义。有意思的是，二代测序技术已经在2007年当选Nature的年度重大技术。单细胞研究的流行无疑让它的使用拓展到了更广阔的领域。 　　单细胞研究不仅在DNA和RNA测序方面取得了极大的进展，单细胞质谱分析(Mass Cytometry)也正在逐渐得到更多的关注。该技术用带有重金属原子标记的单克隆抗体对细胞表面和细胞内的关键蛋白进行标记，然后依次等离子化细胞，通过质谱分离重金属原子并分析其丰度来获取相应蛋白在各细胞内的表达情况。该技术也叫质谱流式细胞技术，相比荧光流式细胞技术，其主要特点是背景低、通道互扰小，所以可以同时分析更多的蛋白质。如今可用的重金属标记已达35种，这是基于荧光的检测手段无法企及的(最新的荧光流式技术可一次检测16-18种蛋白)。该技术可以一次分析百万量级的单细胞，而且没有理论上限，超出单细胞测序几个数量级。因此可以用来构建非常详细的细胞关联图，尤其适合分析高复杂度的系统，比如血液中的细胞。另一方面，单细胞质谱无法像测序那样对全基因组进行分析，但是由于它是直接对细胞的功能的执行者&mdash &mdash 蛋白质进行解析，跳过了对细胞内各种基因表达调控机制的考量，其意义是非常明显的。 　　此外，单细胞测序技术让微流控芯片技术(Microfluidics)得到了发展。除了在制备单细胞测序文库方面具有优势以外，该技术在其他领域内的应用也得到了拓展，如在微流控环境中进行细胞培养。该方法可将少数细胞分离到纳升级(nL)的独立单元中分别培养并进行定向引导，然后可以立即利用微流控系统制备测序文库。在干细胞研究以及生物制药领域，该技术应该有着广阔的应用前景。 　　在单个细胞层面的研究近年来经历了井喷式的增长。然而，其应用主要体现在基础研究中。目前临床上唯一被使用的单细胞检测法是胚胎植入前遗传学诊断(PGD, Preimplantation Genetic Diagnosis)。循环肿瘤细胞(CTCs, Circulating Tumor Cells)虽然在定义上是存在于循环系统中的极少量单个细胞，临床上仍然是先富集然后进行整体分析。对单个CTC进行分析的必要性已有探讨，但开发出相应的技术并在临床上被接受还有一段路要走。

空间代谢组学：单细胞空间代谢流分析新方法原创 飞飞 赛默飞色谱与质谱中国 关注我们，更多干货和惊喜好礼刘甜生物体内的代谢物和脂质不仅是细胞的关键组成模块，它们在信号传导、表观基因组调控、免疫、炎症和癌症发展中同样具有重要作用和意义。代谢组学分析是我们了解、评估生物体、器官和细胞状态的重要方式。而单细胞技术通过展示组织内部甚至单克隆细胞之间的细胞异质性，将生物学研究推进至新维度。质谱成像（MSI）技术可以从样品中创建特定化合物的图像，这些图像是由样品表面获得的数千个质谱生成的。每个记录的质谱都会为图像贡献一个像素，而每个质谱中的峰都可以生成一个图像。与其他成像方法相比，MSI无需化合物标记，可实现非靶向分析。本次与大家分享的是一篇最新发表于bioRxiv上的有关单细胞空间代谢流分析方法的文章[1]。研究人员基于AP-SMALDI Orbitrap平台开发了一种命名为“13C-SpaceM”的新方法，通过13C标记的葡萄糖示踪葡萄糖依赖性脂肪酸从头合成途径（glucose-dependent de novo lipogenesis）。本方法应用超高分辨率的基质辅助激光解吸/电离实现了单细胞质谱成像，并通过全离子碎裂模式（AIF）模拟了脂肪酸分析前处理过程中的皂化反应，对包括甘油磷脂在内的主要脂质中的脂肪酸部分实现了共同分析。超高灵敏度、高分辨质谱检测器为单细胞内脂肪酸同位素检测提供了准确的定性、定量结果。研究人员通过鼠肝癌细胞的常氧-低氧模型，对检测方法进行了验证，确认方法的有效性。之后应用本方法分别检测了ATP柠檬酸裂解酶基因敲降（ACLY knockdown）鼠肝癌细胞以及携带异柠檬酸脱氢酶（IDH）突变的小鼠胶质瘤脑组织切片，通过比较脂肪酸的同位素丰度变化评估脂肪酸从头合成比例以及外源性脂肪酸摄取的变化。分析结果揭示了在脂肪酸从头合成过程中，乙酰辅酶A池（Acetyl-CoA pool）中存在大量的空间异质性，这表明在微环境适应过程中发生了代谢重编程。01研究背景脂质在生物体生命过程中承担着多种重要作用，多数脂质是由脂肪酸合成而来。成年哺乳动物体内的细胞通常由血液中摄取脂肪酸，而脂肪、肝脏以及癌细胞还可以Acetyl-CoA为底物，从头合成脂肪酸[2]。Acetyl-CoA经过一系列代谢反应，可以生成含有16个碳的饱和脂肪酸棕榈酸（16:0），之后棕榈酸发生碳链延长或去饱和反应生成不同的饱和、不饱和脂肪酸，从而影响脂质组成。而Acetyl-CoA同样有多种来源，除了葡萄糖经由TCA循环生成的柠檬酸在ACLY作用下生成Acetyl-CoA以外，在缺氧环境下，葡萄糖后续代谢产物丙酮酸会转化为乳酸，从而无法合成Acetyl-CoA、进入脂肪酸合成途径。在此情况下，谷氨酰胺可通过还原羧化反应生成柠檬酸，进而合成Acetyl-CoA [3,4] 。另有文献报道，缺氧环境下的癌细胞还可以将乙酸作为脂肪酸合成的前体 [5,6] 。而Acetyl-CoA除了作为脂肪酸合成底物以外，对于蛋白翻译后修饰、基因表达等均有重要作用。通过监控脂肪酸合成和Acetyl-CoA代谢间的互动可以帮助我们深入理解癌细胞的生存状态。02分析方法大气压MALDI成像分析是通过AP-SMALDI5离子源配合Q Exactive plus高分辨质谱仪实现的。激光像素设置为 10×10 µ m，激光衰减器角度设置为33°。质谱在负离子模式下采用一级全扫描和全离子碎裂（AIF）扫描模式。AIF模式的隔离范围为 m/z 600-1000，扫描范围为m/z 100-400，分辨率 140k，最大注入时间500 ms，碰撞能量NC 25%。（图1）图1. 单细胞代谢流质谱成像分析流程（点击查看大图）MALDI分析前后，分别应用显微镜检测，确定细胞影像位置及MALDI消融标记位置。通过检测MALDI的消融标记，将其与细胞影像叠加，并通过应用数学公式进行解卷积，从而整合显微镜图像和MALDI图像。实现了应用MALDI成像质谱检测到的单细胞分子轮廓。（图2）图2. 整合显微镜和MALDI-MS分析结果实现单细胞质谱成像（点击查看大图）03鼠肝癌细胞常氧-低氧模型单细胞成像分析鼠肝癌细胞在添加25 mM的12C-葡萄糖或U-13C-葡萄糖后，用含1mM醋酸、2 mM谷氨酰胺和10%透析胎牛血清的无葡萄糖DMEM细胞培养基培养，在37°C、5% CO2的培养箱中在常氧（20% O2）或低氧（0.5% O2）条件下培养72小时。选择72小时的时间点是为了确保棕榈酸的同位素标记已经达到稳态。（图3）在低氧条件下培养的细胞被表达绿色荧光蛋白（GFP）标记。在共培养实验中，常氧和低氧细胞使用胰酶分离，每种条件下混合10000个细胞，在同一张玻璃片上进行培养，并在固定之前允许其附着3小时。图3. 由稳定同位素标记的13C6-葡萄糖生成细胞质Acetyl-CoA以及后续的脂肪酸和脂质合成途径（点击查看大图）通过质谱一级全扫描分析，质谱成像共检测到64种脂质，包括磷脂酸（PA）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰丝氨酸（PS）等。具体脂质鉴定结果经过了常规LCMS脂质分析确认。在AIF模式下，检测到了11种含量最高的脂肪酸，相应检测结果同样与常规LCMS分析结果相符。为了验证本方法，研究人员检测了常氧-低氧培养的鼠肝癌细胞混合样本。通过对氨基酸同位素峰的定量分析，发现13C标记的棕榈酸（M0）主要在正常细胞中检出，而缺氧细胞中的棕榈酸以未标记状态（M+0）为主。通过GFP标记结果的对照，证明了本方法可以通过同位素峰分布有效识别不同培养状态的细胞。图4. 在常氧（GFP阴性）和低氧（GFP阳性）条件下的原代鼠肝癌细胞共培养模型的显微镜和质谱成像结果（点击查看大图）图5. 通过GFP标记验证识别不同培养模式细胞的准确性（点击查看大图）04单细胞Acetyl-CoA池标记水平分析研究人员使用了两种表达不重叠的shRNA序列（ACLYkd oligo1和ACLYkd oligo 2）细胞系以及一个对照组细胞系。通过使用1 μg/mL的四环素处理细胞72小时实现了ACLY沉默。质谱成像数据是以10 μm的像素大小获得的，每个细胞的平均面积为550μm2，平均每个细胞有12个像素。通过应用二项式模型计算每个细胞的acetyl-CoA池标记程度p值，从而量化细胞质中acetyl-CoA池中从葡萄糖衍生的同位素标记acetyl-CoA的比例。测试结果与预期相符，ACLYkd细胞中的acetyl-CoA池标记水平低于对照组。值得注意的是，两种ACLYkd细胞之间的差异非常明显。ACLYkd oligo1的结果呈双峰分布，p值的差异明显较大，表明该细胞系存在两个亚群体。其中一个模式显示的p值与对照组相近，说明存在一个“沉默失败”的细胞亚群。ACLYkd oligo1第二个模式具有的p值明显则低于ACLYkd oligo 2，表明ACLYkd oligo 1中还存在一个“强沉默”的亚群，在这些细胞中，沉默效率非常高，导致acetyl-CoA同位素标记比例大幅降低。在ACLYkd oligo 2中，acetyl-CoA池的标记程度以及GFP报告基因强度显示出更均一的分布。M+2峰是最能表现出ACLYkd oligo1细胞中“强沉默”群体的低acetyl-CoA标记表型的质谱峰。M+8峰则为对照组细胞的特征标记峰。M+2和M+8之间的差异可以作为显示异质性的指标，用于展示葡萄糖对细胞质中acetyl-CoA的相对贡献。因此，13C-SpaceM能够检测ACLY敲降细胞中的异质性，并识别不同的亚群体。这种单细胞和空间异质性无法通过整体分析揭示，显示了13C-SpaceM方法的独特优势。图6. 细胞ACLY敲降后acetyl-CoA的同位素标记程度分析（点击查看大图）05肿瘤组学中氨基酸合成异质性的空间组学分析研究人员分析了从横向植入表达突变型异柠檬酸脱氢酶（IDH）和红色荧光蛋白（RFP）的GL261胶质瘤细胞的小鼠大脑组织切片。在采集组织前的48小时，小鼠被喂食未标记的或含有U-13C葡萄糖的液体饮食。首先，研究人员分析了12C-葡萄糖饮食的肿瘤携带小鼠大脑切片中的酯化脂肪酸组成。通过比较质谱TIC与显微镜明场和荧光成像，发现整个大脑（包括肿瘤区域）的质谱离子响应很高（图7a）。测试过程中，肿瘤区域与组织切片的其余部分分别采用10μm和50μm激光分辨率进行分析。对不同脂肪酸的空间分析揭示了在非肿瘤携带的脑半球组织中，脂肪酸丰度存在高度的异质性，我们可以仅根据它们的脂肪酸组成来识别的某些结构，如胼胝体和前连合部，这两个区域都富含油酸（18:1）且棕榈酸（16:0）、硬脂酸（18:0）和花生四烯酸（20:4）的含量低。有趣的是，尽管棕榈酸、油酸、硬脂酸和花生四烯酸在肿瘤和周围的大脑组织中的含量相似，肉豆蔻酸（14:0）和棕榈酸（16:1）在肿瘤组织中则明显增加。与大脑其它部分相比，肿瘤中必需脂肪酸亚麻油酸（18:2）和α/γ亚麻酸（18:3）也明显增高。之后，研究人员分析了喂食含有U-13C葡萄糖饮食的小鼠肿瘤组织，从肿瘤组织中选择性分离出的5种主要从头合成的脂肪酸的同位素分布（图7c）。三种饱和脂肪酸肉豆蔻酸（14:0）、棕榈酸（16:0）和硬脂酸（18:0）的13C摄入丰度较高，同位素分布最大分别可至M+10，M+12和M+14。其中，肉豆蔻酸M+0的强度极低，几乎完全源自脂肪酸从头合成。由于肉豆蔻酸对一些重要信号蛋白的翻译后修饰很重要，这一发现表明胶质瘤可能选择性地上调肉豆蔻酸的合成以促进自身生长。相比之下，两种单不饱和脂肪酸，棕榈酸（16:1）和油酸（18:1）的M+0同位素的相对丰度较高。硬脂酸和油酸的M+2同位素丰度明显增加，表明它们是由未标记的前体（即棕榈酸和棕榈酸）延长形成的。研究人员进一步利用棕榈酸的同位素分布计算acetyl-CoA池中源自葡萄糖的比例，发现肿瘤组织内的该比例同样具有显著的空间异质性（图7d）。图7. 小鼠脑胶质瘤组织内部脂肪酸代谢空间异质性分析（点击查看大图）总结本文作者开发了一种全新的单细胞代谢流成像检测方法，将超高激光分辨率的大气压MALDI与高分辨率、高灵敏度的质谱检测器相结合，对细胞和肿瘤组织内的葡萄糖依赖性脂肪酸从头合成途径实现单细胞层面的空间分析。不仅为单细胞水平空间探测代谢活动提供了新的方法，还为正常和癌症组织中的脂肪酸摄取、合成和修饰分析提供了前所未有的视角。参考文献：1. Buglakova E, Ekelö f M, Schwaiger-Haber M, et al. 13C-SpaceM: Spatial single-cell isotope tracing reveals heterogeneity of de novo fatty acid synthesis in cancer. Preprint. bioRxiv. 2024 2023.08.18.553810. Published 2024 Feb 28. doi:10.1101/2023.08.18.5538102. Rö hrig F, Schulze A. The multifaceted roles of fatty acid synthesis in cancer. Nat Rev Cancer. 2016 16(11):732-749. doi:10.1038/nrc.2016.893. Metallo CM, Gameiro PA, Bell EL, et al. Reductive glutamine metabolism by IDH1 mediates lipogenesis under hypoxia. Nature. 2011 481(7381):380-384. Published 2011 Nov 20. doi:10.1038/nature106024. Wise DR, Ward PS, Shay JE, et al. Hypoxia promotes isocitrate dehydrogenase-dependent carboxylation of α-ketoglutarate to citrate to support cell growth and viability. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 108(49):19611-19616. doi:10.1073/pnas.11177731085. Kamphorst JJ, Chung MK, Fan J, Rabinowitz JD. Quantitative analysis of acetyl-CoA production in hypoxic cancer cells reveals substantial contribution from acetate. Cancer Metab. 2014 2:23. Published 2014 Dec 11. doi:10.1186/2049-3002-2-236. Schug ZT, Peck B, Jones DT, et al. Acetyl-CoA synthetase 2 promotes acetate utilization and maintains cancer cell growth under metabolic stress. Cancer Cell. 2015 27(1):57-71. doi:10.1016/j.ccell.2014.12.002如需合作转载本文，请文末留言。

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