我国科学家在谱系细胞单克隆自动化获取整机技术研究中取得新进展

2024-04-24 17:29:37 来源：科技日报

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4月22日，记者从中国科学院广州生物医药与健康研究院获悉，该院张骁研究员团队提出一种基于结构微流体创新的谱系细胞单克隆自动化获取策略，以无标记、无酶活反应参与、非侵入式的方式，在体细胞重编程过程出现的复杂谱系中实现了对特定谱系的单克隆性细胞的自动化获取，并研发出基于结构微流体的细胞单克隆获取整机技术。该成果近日在线发表于国际学术期刊《Research》上。

尽管谱系节点细胞在再生医学中的应用前景广阔，但基于传统人为操作获取谱系细胞单克隆的方法需要消耗大量时间和人力，获取效率通常比较低，且无法以无标记、无酶活反应参与、非侵入式的方式获取谱系细胞单克隆。

“利用微流控技术虽然可以提高谱系细胞收获效率，但无法获得基于谱系特异性的细胞单克隆。因此，发展能够高效富集谱系细胞单克隆的自动化整机技术显得尤为重要。”张骁说。

研究团队通过分析不同体细胞重编程过程中细胞粘附分子的表达水平变化情况，发现细胞多能性基因的表达水平与Integrin（整合素）家族基因的表达量呈负相关性，而与Cadherin（钙离子依赖的细胞粘附分子）家族基因的表达量呈正相关性。

“这意味着体细胞重编程转变成多能干细胞这一谱系命运变化过程中，细胞与细胞外基质的连接可能会减弱，而细胞与细胞之间的连接可能会增强。”为了证明这个假设，张骁和团队提出通过设计平行平板流动腔实验和免疫荧光实验来进行验证。实验结果证明了流体剪切力有望成为分离或选择特定类型粘附细胞的好技术路径。

研究团队设计了以可以产生局部结构微流体的细胞获取微型挑针结构（PTMS），并克服流场效果与多曲面加工实现的难题，反复校验加工结构，最终基于PTMS产生的结构微流体实现了对基于空间限位谱系细胞的特异性挑取。

研究证明了结构微流体可根据流速变化在Z轴-h0的为常量的条件下，应对不同细胞类型的粘附力差异，实现以无标记、无酶活反应参与、非侵入式、和非接触的方式对不同谱系细胞进行特异性的选择。该研究证明了结构微流体是作为分离或选择特定谱系类型粘附细胞的可自动化的技术路径，为后续进一步研究谱系细胞单克隆的自动化获取提供了理论基础。

“我们借助自动化整机技术的精确的流体操控能力，设计了一种双挑模式，通过使用两次不同强度的剪切流体分别获取不同类型粘附特性的谱系细胞，实现了对特定空间位置的人诱导多能干细胞谱系细胞单克隆的特异性选择，并能为下游人诱导多能干细胞实现特异性扩增提供纯化能力。”张骁表示。

据介绍，该研究成果应用到广州健康院前期自主研发的自动化干细胞诱导培养装备中，提高了人诱导多能干细胞单克隆的获取效率与纯度，提升了系统鲁棒性及缩短了体细胞重编程后持续纯化人诱导多能干细胞的建系周期。

该研究成果建立的整机技术通过大幅减少谱系细胞生成过程中的时间成本，以及人工操作量，使得谱系细胞获取和培养起来更简单。这为自动化生产特定谱系细胞用于临床干预提供了新的技术方案，并为再生医学基础研究提供更多自动化获取谱系细胞的工具。