單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)通過整合光電定位技術(shù)和微流控技術(shù)，實現(xiàn)了在芯片的納升級小室中，高通量地進行基于單細胞的細胞生物學(xué)研究。

一、技術(shù)突破

現(xiàn)有單克隆細胞株開發(fā)過程中的單細胞操作技術(shù)，比如有限稀釋法、流式分選儀等技術(shù)，雖然能夠得到單細胞，但是往往會損傷細胞，干擾細胞的正常狀態(tài)， 因此形成克隆的比例很低；還存在單克隆性不佳、觀測困難、時間長、通量低、可塑性差等缺點，事倍功半。此外，僅僅得到單細胞遠遠不夠，還有細胞培養(yǎng)、檢測、導(dǎo)出等流程需要合適的解決方案。如果使用非整合性的方案，常常會出現(xiàn)培養(yǎng)困難、難以分析、導(dǎo)出不易或重復(fù)性差等問題，而抹殺了在前期取得單細胞的努力。

而 Beacon單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)可以從實驗之初直接操作和培養(yǎng)單個目標細胞， 結(jié)果可靠、效率高。此系統(tǒng)將光電定位技術(shù)（OptoElectroPositioning） 與新穎的納流控設(shè)計結(jié)合，不僅可以在一張芯片上精準地對單細胞進行挑選，還可以直接進行培養(yǎng)、實時而不間斷地利用多個不同的通道，檢測細胞狀態(tài)、對單細胞或單克隆進行多種實驗，并根據(jù)實驗時讀取的特定結(jié)果導(dǎo)出需要目標細胞和目標克隆。

其 4 個核心模塊 import, culture, assay, export 結(jié)合，流暢地完成了單克隆細胞株開發(fā)所需的大部分流程，自動化操作可以避免常規(guī)單克隆細胞株開發(fā)過程中的人為因素干擾并增進穩(wěn)定性及重復(fù)性，使最終結(jié)果更加科學(xué)可靠。

Beacon單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)目前可以直接無損操控單細胞、并進行全自動培養(yǎng)、檢測、克隆、導(dǎo)出和深入研究的綜合性系統(tǒng)，將大力提升研究人員的研究效果，將幫助本部門在單克隆細胞株開發(fā)方面取得突破、節(jié)省時間、并做更多項目。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1、抗病毒中和抗體發(fā)現(xiàn)

目前獲得抗病毒中和抗體有三種策略：1，從康復(fù)病人血液中獲得；2，用病毒蛋白免疫小鼠通過通過抗體發(fā)現(xiàn)過程獲得；3，通過篩選人天然抗體庫獲得。其中通過第1種策略獲得的中和抗體效果好，耗時短。將從康復(fù)病人血液中富集的B細胞進行單個B 細胞水平的篩選及測序，從而快速高效地獲得抗病毒中和抗體。單個B細胞抗體發(fā)現(xiàn)具有很多優(yōu)勢，成為抗體發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域的熱門新方向，但受限于常規(guī)技術(shù)平臺難以實現(xiàn)單個B細胞的分離，篩選和回收。Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)將單個B細胞導(dǎo)入到芯片中的納升級培養(yǎng)小室（NanoPen）中后，可平行檢測抗原特異性抗體的分泌，并進行相關(guān)功能性驗證，并針對性的導(dǎo)出目標B細胞。配合下游的單細胞mRNA測序，可在兩天內(nèi)完成細胞表型篩選并得到相應(yīng)的抗體重輕鏈序列。相較于傳統(tǒng)的抗體制備技術(shù)， Beacon平臺具有細胞利用率高，回收效率高，支持人源化，重鏈和輕鏈序列信息配對等優(yōu)勢。

2、抗體工程

抗體藥物研發(fā)過程中，為使篩選后得到的抗體具有理想的結(jié)構(gòu)和活性，往往需要進行多輪的改造和優(yōu)化。如通過基因工程的手段對抗體基因進行加工改造、轉(zhuǎn)染到工程細胞重新裝配、并進行功能篩選和分析，以便確認該改造是否符合需求。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)染后篩選需要數(shù)周時間，而Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)僅需 3-5 天即可實現(xiàn)，極大地節(jié)省了抗體工程優(yōu)化流程的時間成本。

3、腫瘤免疫療法

在腫瘤免疫療法中，為了驗證細胞的改造效率，優(yōu)化治療用細胞的劑量，業(yè)界一直在尋找一種可對改造后T淋巴細胞進行高效篩選驗證的技術(shù)手段。Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)可以實現(xiàn)對T淋巴細胞進行特異性激活，并檢測特定細胞因子的分泌，從而實現(xiàn)對T淋巴細胞的功能性篩選。篩選后導(dǎo)出T淋巴細胞，可配合下游的基因表達譜分析（gene profiling），T細胞受體測序（TCR sequencing），T 細胞受體改造（TCR engineering）等 手段，大幅提升篩選效率。

4、基因編輯

基因編輯技術(shù)是免疫學(xué)、細胞生物學(xué)等學(xué)科的重要研究手段，也是物種改良、疾病預(yù)防、治病治療等領(lǐng)域的重要途徑。常規(guī)基因編輯實驗過程中，在轉(zhuǎn)染后的篩選過程中，需要 1-2 個月進行大量鋪板、利用成像或生化等手段進行單克隆篩選和鑒定，而 Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)僅需 5 天，即可在更大規(guī)模地全自動地篩選所需的目標克隆，即可提高實驗效率、節(jié)省人力成本，也可得到更可靠詳實的實驗成果。

5、細胞共培養(yǎng)研究

體外細胞共培養(yǎng)(cell co-culture)技術(shù)能模擬體內(nèi)生成的微環(huán)境,便于更好地觀察細胞與細胞、細胞與培養(yǎng)環(huán)境之間的相互作用以及探討藥物的作用機制和可能的作用靶點。Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)因其精準的細胞操作和高通量，可以為體外細胞共培養(yǎng)提供更多研究手段，如細胞間的殺傷、吞噬、協(xié)同等實驗策略。

6、細胞克隆和亞克隆

有限稀釋，流式分選等方法是細胞克隆的常見手段，在將細胞分到數(shù)十塊微孔板后，還需要人工通過顯微鏡逐個檢查是否為單細胞、通過成像系統(tǒng)來判斷或通過生化手段來鑒定，每輪需要 3-4 周，根據(jù)不同應(yīng)用單克隆性要求的不同，需要采用1至2輪的克隆步驟，整個過程極其繁瑣費時，且誤操作可能性較大。而Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)則可以在5天內(nèi)實現(xiàn)全自動細胞克隆和回收，輕松獲得單克隆比例達99.5%的優(yōu)質(zhì)克隆。其全程配備圖像和影像記錄，并可以設(shè)計功能性驗證環(huán)節(jié)。利用Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)在芯片上同樣也可以進行亞克隆，只需將芯片上特定NanoPen中單克隆的部分細胞分離導(dǎo)出，擴大培養(yǎng)，便可輕松實現(xiàn)克隆與亞克隆的平行培養(yǎng)。

7、表型與基因型對應(yīng)

表型和基因型的對應(yīng)一直是免疫學(xué)和細胞生物學(xué)研究的痛點之一，具有操作復(fù)雜、準確度不高、需要耗費大量人力物力等困難。而Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)由于可以定制化定向?qū)С?，可以解決這個問題。在完成對單克隆的表現(xiàn)檢測后，Beacon支持將特定克隆進行定向?qū)С?，配合下游的基因測序數(shù)據(jù)，直接對接表型數(shù)據(jù)和基因型數(shù)據(jù)。同時，Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)也支持對于單克隆的亞克隆的導(dǎo)出，在對部分亞克隆進行測序的同時，繼續(xù)培養(yǎng)原單克隆，并進行更多的生化分析，極大的豐富了從同一單克隆樣品中可獲取的數(shù)據(jù)種類。

三、技術(shù)優(yōu)勢

1、精準無損的單細胞操作：可利用光電定位系統(tǒng)，同時輕松操作數(shù)千個單細胞，  并進行平行的培養(yǎng)，分析等研究。

2、通量高：最多可同時運行4張芯片，約50000個細胞。并支持多種芯片類型，靈活的滿足不同通量的實驗需求。

3、全自動：細胞導(dǎo)入，培養(yǎng)，克隆，亞克隆，檢測，篩選全部為自動化流程，較大程度的避免了手工操作帶來的可能誤差或錯誤。

4、軟件易用：觸摸屏操作，圖形化界面，實驗流程設(shè)計靈活，直觀，易上手。

5、大幅節(jié)省時間：單個B細胞抗體發(fā)現(xiàn)流程從常規(guī)3-6個月縮減至2天；克隆流程從常規(guī)2-3周縮減至約3天。

6、高靈敏度：常規(guī)單個細胞置于微孔板中，需要培養(yǎng)數(shù)周，達到一定密度后才能進行分泌蛋白等指標的檢測；而Beacon每個NanoPen體積僅有0.5-1 nl，單個細胞置于其中，密度等同于1E6 cell/ml，因此易于檢測，靈敏度高。