細胞分選和分離等單細胞技術(shù)研究方向及應(yīng)用介紹

單細胞技術(shù)研究方向介紹
細胞探索和檢查是生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。然而，生物學(xué)知識的主要數(shù)量源于研究細胞群的傳統(tǒng)方法，而不是生物學(xué)最基本的單位，即單個細胞。在這種格式中，假設(shè)細胞群在物理特征上是同質(zhì)的，基因組表達和平均測量值通常會掩蓋單細胞差異 。從本質(zhì)上講，生物學(xué)的許多關(guān)鍵領(lǐng)域需要只能在單細胞水平上解決的研究，例如干細胞分化和疾病進展。據(jù)計算，在前 5 次人類合子后分裂期間，每個細胞每次分裂大約有 1.3 個突變。衰老和神經(jīng)退行性變期間體細胞突變增加。單細胞技術(shù)研究方向是什么？生物和物理技術(shù)的改進推進了單細胞研究，并為這些領(lǐng)域和許多其他領(lǐng)域提供了新的見解，這些領(lǐng)域可能產(chǎn)生更大的影響。在單細胞探索水平上，可以看到和分類許多差異。隨著該領(lǐng)域的發(fā)展，這些差異已被證明是生理和生物過程的催化劑以及調(diào)節(jié)劑 。



技術(shù)和分析技術(shù)的進步一直是單細胞領(lǐng)域的推動力 。以前的理論現(xiàn)在可以及時且具有成本效益的方式進行測試。成像技術(shù)允許通過熒光二級標記的陡峭性質(zhì)進行更大范圍的分類，現(xiàn)在將 GFP 和其他特征轉(zhuǎn)染到細胞系中很常見。這種轉(zhuǎn)染現(xiàn)在可以通過病毒標記在單細胞水平上實現(xiàn)。

雖然大多數(shù)單細胞技術(shù)需要分離或分離單個細胞，但組合條形碼可以直接作用于細胞池。有時，分離細胞核而不是細胞并進行進一步分析，例如單核 RNA-seq以盡量減少來自其他細胞的任何污染或全神經(jīng)元解離或激光字幕顯微解剖遇到的降解。

單細胞技術(shù)及應(yīng)用

技術(shù)	應(yīng)用	相關(guān)數(shù)據(jù)
FACS 微型筏	分類和隔離	分離細胞以進行其他相關(guān)技術(shù)分析 根據(jù)目標標記對細胞進行分類以進行分組和可能的分析
1D 跟蹤 Fibrillar Microfluidics 傳統(tǒng) - 單細胞 3D	細胞運動	遷移率、持久性和出租車研究 可以分析細胞粘附和表型 3D 平行原生環(huán)境
生物傳感器	生化分析	監(jiān)測與生理過程相關(guān)的結(jié)合相互作用
支柱 微接觸印刷	細胞牽引力	對細胞運動至關(guān)重要的機械數(shù)據(jù)
RT-qPCR RNA FISH TIVA 質(zhì)譜	基因組分析	基因表達譜 一些技術(shù)的空間信息

單細胞研究的一個主要限制是確�？梢詫Υ罅可�成的數(shù)據(jù)進行邏輯和成功的分析。在單細胞蛋白質(zhì)組和基因組分析中尤其如此。隨著技術(shù)的不斷完善，以系統(tǒng)和有意義的方式全面解釋數(shù)據(jù)的能力將變得至關(guān)重要。通過圖像采集監(jiān)測單個細胞正在迅速增加研究人員可用的實驗方法。開源和專有軟件可以編譯大量圖像并生成全面的延時圖像，從而使更復(fù)雜的技術(shù)變得易于重現(xiàn)。表 1 顯示了當(dāng)前使用的一些關(guān)鍵方法，以及對產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)和相關(guān)生物學(xué)研究領(lǐng)域的解釋。
 

技術(shù)	優(yōu)點	缺點
流式細胞儀	高通量 可以同時篩選多個標記 成熟的技術(shù)	需要大量細胞群，這需要細胞通過傳代生長 高流速會損壞細胞 不適合所有細胞類型
微型筏	需要少量 細胞 可以研究所有細胞類型	需要特殊設(shè)施才能產(chǎn)生 有限的標記篩選

單細胞分析-流式細胞技術(shù)和微筏陣列技術(shù)
單個細胞通常可以在顯微鏡下手動拾取 。除了手動方法，特定的排序方法是單細胞策略的關(guān)鍵組成部分。微流體技術(shù)的進步極大地提高了這些方法的通量，將能夠分析的細胞數(shù)量增加到相關(guān)水平。熒光激活細胞分選 (FACS) 是一種成熟的方法，適用于廣泛的應(yīng)用。然而，新的微打印方法，如微筏陣列正在迅速為該領(lǐng)域做出貢獻，并且似乎是當(dāng)前的主選方法。

FACS是流式細胞儀的流行工具。它成為生物學(xué)中的一種標準工具，用于分選具有現(xiàn)成來源的不同單克隆抗體的活細胞�？贵w與熒光團連接，并在細胞懸液中篩選所需的標記。通過激光對細胞進行分類，以根據(jù)抗體的結(jié)合測量熒光特性，并將其分類為相應(yīng)的類別。流速在FACS 中至關(guān)重要，以確保在任何給定時間只有一個細胞通過激光�？捎玫牟煌瑹晒鈭F的數(shù)量限制了可以在任何時候篩選的參數(shù)數(shù)量。通過 FACS 對 NeuN 染色的細胞進行分類是單神經(jīng)元研究的常用方法 。多種標記和染料可用于對具有獨特標記表達的細胞進行分類。例如，B Shen 等人通過多種標記物分離出骨髓造血細胞和脾細胞。
微型筏是微米大小的孔，當(dāng)細胞分離物流過它們時，平均存在零個或一個細胞。附著方法可以是磁性的、聚苯乙烯的或生物的 ，并將細胞牢固地固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ谧R別出感興趣的細胞后，可以使用微針或其他類似技術(shù)將細胞與微筏一起移出。尺寸通常在數(shù)千口井中，但如果需要，可以擴展到數(shù)百萬甚至更多。

微筏陣列已被用于對具有高存活率的貼壁細胞進行分類以進行植入。相對于 FACS，微筏陣列不需要高細胞群或流速；這兩者都可能導(dǎo)致細胞表型的變異。因此，它是所有細胞類型（包括脆弱細胞）的可行選擇。此外，它是干細胞和原代細胞系的理想選擇，因為達到適當(dāng)濃度所需的傳代次數(shù)較少，可防止對多能性、基因表達和表型異質(zhì)性造成不可逆的改變 。分類后，微筏陣列還可以通過充當(dāng)微載體來幫助植入傷口愈合和再生應(yīng)用。微載體的使用已被證明可以增加肝臟、心臟和肺組織的愈合，而微筏有助于篩選貼壁細胞，這是有效植入所需的。

微流體，例如液滴微流體 Fluidigm C1 系統(tǒng)或 10X 基因組學(xué)系統(tǒng)  ，也是分離單細胞的重要工具。
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