轉自 | 中國科學院青島生物能源與過程研究所

作者 | 籍月彤

單個細胞是地球上生命體功能和進化的基本單元，蘊藏著生長發(fā)育、衰老死亡、新陳代謝、信號傳導等眾多奧秘。在單細胞水平揭示基因與功能的關聯，將有助于解析細胞千差萬別的原因，并識別具有“特異”功能的細胞與基因。

對于單細胞分選，目前zui常用的是流式細胞儀，但其需預先知道細胞的表型并加以熒光標記，嚴重限制了可篩選細胞的范圍。拉曼光譜無需任何標記，即可獲取細胞的種類、狀態(tài)以及所處微環(huán)境等信息，是理想的表型/表型組的評價手段，但由于缺乏與信號復雜度相匹配的分選方式，而無法用于單細胞研究。

中科院青島生物能源與過程研究所單細胞中心研發(fā)的單細胞拉曼分選儀工程化樣機——RACS-Mini，成功解決了表型判別與單細胞分離的兼顧問題，將成為單細胞水平揭示基因與功能關聯的強大工具。

這個拉曼分選儀功能強大，從相遇到相識，從相知到相守，能夠幫你一眼“看透”單細胞。

在茫茫細胞海里，只要用RACS照一照，獲得的“拉曼組”信息就能告訴你，哪個是你要找的那個它。該信息無需任何標記就可以知道細胞的種系發(fā)生、生理狀態(tài)，以及所處的微環(huán)境等，因此利用拉曼組可以識別細胞的種屬分類、代謝水平、對環(huán)境刺激的應激反應，以及細胞間互作等表型。

通過單細胞功能成像我們找到的那個它，如何才能獲得它？根據細胞樣品的狀態(tài)和分選通量，RACS配備了一系列拉曼激活單細胞分選方式。

光鑷液滴分選：水相中利用光鑷力操控目標細胞游向出口，重力推動單細胞包裹在液滴中實現微觀與宏觀的轉換；彈射分選：只需輕輕一彈，目標細胞就乖乖到你碗里了；顯微切割分選：對于大細胞或形狀不規(guī)則的細胞，切掉非目標細胞留下你想要的；流式分選：一塊小小的芯片直接實現自動化與高通量的單細胞分選。通過上述這些分選裝置，就能輕松得到你想要的單細胞。

為了更深入的研究目標細胞，RACS具有線下和線上兩種方式，對功能單細胞核酸進行提取擴增，以建立表型與基因型之間的。

線下方式像一臺分裝機，將包裹著單細胞的液滴逐個分布于PCR管中，保證每個PCR管中有且僅有一個細胞，實現與單細胞全基因組擴增與測序的直接對接；線上方式像一塊樂高積木，整合了單細胞分裝、試劑注入、細胞裂解、核酸擴增等眾多小模塊于一體，在芯片中直接實現DNA/RNA的微體系擴增，具有自動化與批量化處理的優(yōu)勢。

線下式核酸提取擴增流程示意圖

在線式核酸提取擴增示意及實物圖

為了zui終獲得表型特異的功能單細胞，RACS還實現了單細胞的培養(yǎng)和快檢等功能。通過液滴/凝膠微球為每個細胞提供一個單間，大幅縮短了培養(yǎng)時間，將傳統(tǒng)涂板培養(yǎng)檢測時間從1-2天縮短至幾小時。

在此基礎上發(fā)展的耦合液滴單細胞包裹和納米微球凝聚的方法，可以在單細胞水平上直接定量樣品中的微生物，將檢測時間進一步縮短至半小時以內。

如果RACS是一道安檢門，能夠輕松識別目標表型，鎖定功能單細胞，并把它分離出來進一步“解剖”，那么控制整個過程的軟件就是幕后的指揮官，RACS系統(tǒng)目前有三大軟件，單細胞拉曼自動采集處理軟件（RamLIS），實現細胞自動定位、采集、處理及表型數據存儲等功能；多層次的單細胞拉曼表型數據庫RamDB，以及大規(guī)模、智能化的拉曼組數據分析軟件RamEx，輕松搞定數據的搜索、比對，以及深度挖掘。

在指揮官的控制下，目前RACS已成功實現原核/真核單細胞的拉曼表型分析及功能分選。

單細胞中心具有自主知識產權的拉曼組耐藥性臨床快檢技術，能夠不需培養(yǎng)而直接測定單個細菌細胞的耐藥性，因此將成為臨床耐藥性快檢和新型抗菌藥物研發(fā)的嶄新手段。同時，拉曼組細胞儲能物質快檢技術能夠同時快速測定和分選微藻細胞中淀粉、油脂和蛋白的含量，將成為工業(yè)生產過程在線實時監(jiān)控的有力工具。

此外，單細胞研究中心與多個企業(yè)與臨床機構進行了深入的應用合作，示范了RACS在醫(yī)學快檢、細胞工廠篩選、生物資源挖掘、生態(tài)過程監(jiān)控等領域的廣泛應用。

RACS-Mini正在通過中科院高通量細胞分析STS網絡，拓展拉曼組大數據網絡，示范針對各種細胞類型的單細胞拉曼分選與測序，更好地服務于細胞科學與生物技術產業(yè)。

免責說明

HORIBA Scientific公眾號所發(fā)布內容（含圖片）來源于文章原創(chuàng)作者提供或互聯網轉載。文章版權、數據及所述觀點歸原作者原出處所有，HORIBA Scientific 發(fā)布及轉載目的在于傳遞更多信息及用于網絡分享，供讀者自行參考及評述。如果您認為本文存在侵權之處，請與我們取得，我們會及進行處理。HORIBA Scientific 力求數據嚴謹準確，如有任何失誤失實，敬請讀者不吝賜教批評指正。我們也熱忱歡迎您投稿并發(fā)表您的觀點和見解。

HORIBA科學儀器事業(yè)部

結合旗下具有近 200 多年發(fā)展歷史的 Jobin Yvon 光學光譜技術，HORIBA Scientific 致力于為科研及工業(yè)用戶提供先進的檢測和分析工具及解決方案。如：光學光譜、分子光譜、元素分析、材料表征及表面分析等先進檢測技術。今天HORIBA 的高品質科學儀器已經成為科研、各行業(yè)研發(fā)及質量控制的選擇。