給細(xì)胞做“微創(chuàng)手術(shù)”引發(fā)的技術(shù)革新

微創(chuàng)手術(shù)在如今已經(jīng)是比較普及的技術(shù)了，但是如果對(duì)象是細(xì)胞呢？
近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所研究員陳萬(wàn)澤以共同第一作者首位，在《Nature》上發(fā)表了一篇長(zhǎng)文，介紹了團(tuán)隊(duì)在國(guó)際首創(chuàng)的活細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)（Live-seq）。

偏偏是這個(gè)如此通俗易懂的名字，讓我們的認(rèn)知出現(xiàn)了混亂。那么，團(tuán)隊(duì)要克服的首要問(wèn)題就是怎么在測(cè)序中維持細(xì)胞活性？利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)來(lái)觀測(cè)細(xì)胞狀態(tài)的前提，是需要將細(xì)胞裂解，提取其中的RNA來(lái)測(cè)定每個(gè)基因表達(dá)量的高低，但這樣就不能避免地殺死了細(xì)胞。經(jīng)過(guò)7年的努力，陳萬(wàn)澤所在課題組與瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Bart Deplancke課題組、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Julia Vorholt課題組組成的團(tuán)隊(duì)成功突破了這道砍。

這種組合設(shè)備需要對(duì)微觀操作和極微量檢測(cè)提供解決方案：
1）具備納米級(jí)移動(dòng)分辨率和皮牛頓力學(xué)靈敏度的原子力顯微鏡，實(shí)現(xiàn)超精密顯微操作；
2）亞皮升級(jí)別的微/納流控通道和液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微量（約1皮升）樣品提取和轉(zhuǎn)移；
3）納米級(jí)的、中空可定量的、可和細(xì)胞膜無(wú)縫密封的特殊探針，可以實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)的細(xì)胞質(zhì)提??；
4）相偶聯(lián)的實(shí)時(shí)跟蹤成像和細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，可以長(zhǎng)時(shí)間鎖定同一個(gè)細(xì)胞；
5）高靈敏度的RNA擴(kuò)增測(cè)序；
6）對(duì)前述步驟的無(wú)縫整合
Live-seq的核心是通過(guò)對(duì)活細(xì)胞中的部分細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行微創(chuàng)提取，從中提取出極其微量的胞質(zhì)RNA進(jìn)行擴(kuò)增，這樣既可以從轉(zhuǎn)錄水平跟蹤細(xì)胞狀態(tài)，同時(shí)也會(huì)保持細(xì)胞的活性和功能。
當(dāng)然，如此精細(xì)的操作肯定需要更加精密、分辨率更高的儀器來(lái)進(jìn)行。陳萬(wàn)澤剛開(kāi)始嘗試?yán)迷诩?xì)胞領(lǐng)域相對(duì)比較小眾的原子力顯微鏡來(lái)逐漸優(yōu)化自己的想法。原子力顯微鏡有一個(gè)很尖的硅探針，用于探測(cè)物質(zhì)表面性質(zhì)。陳萬(wàn)澤團(tuán)隊(duì)對(duì)這個(gè)探針進(jìn)行了一系列的改造，包括表面活化、修飾等等，讓探針能夠在扎入細(xì)胞質(zhì)的同時(shí)吸附出胞質(zhì)內(nèi)的RNA。但是改造的成本和探針成本都比較高，且成功率在當(dāng)時(shí)還比較低。
之后在了解到瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研發(fā)了一種可以吸出部分胞質(zhì)的特殊的原子力顯微鏡（FluidFM，原子力顯微鏡與微控流技術(shù)的結(jié)合），兩個(gè)團(tuán)隊(duì)順理成章的開(kāi)始聯(lián)合攻關(guān)。最終完成Live-seq的改造，對(duì)五種類(lèi)型共295個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了測(cè)序，發(fā)現(xiàn)Live-seq能夠有效區(qū)分不同類(lèi)型的細(xì)胞，且平均每個(gè)細(xì)胞能檢測(cè)到約4112個(gè)基因的表達(dá)信息。文章中所用的細(xì)胞包括IBA（神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞）、ASPCs（原代小鼠脂肪干細(xì)胞和祖細(xì)胞）、RAW264.7（單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞系）、RAW-G9（紅色熒光標(biāo)記的Tnf啟動(dòng)子，便于下游功能分析）。

認(rèn)識(shí)是實(shí)踐的目的和歸宿，一切認(rèn)知都是為了讓存在的物質(zhì)得以更好的存在而服務(wù)，一切認(rèn)知的興盛、消亡和變遷都是為了讓存在的物質(zhì)得以更好的存在而服務(wù)。Live-seq可以回答怎樣的過(guò)去決定了現(xiàn)在?，F(xiàn)在Live-seq面臨的挑戰(zhàn)還有很多，比如高通量測(cè)序、多次同樣本采樣對(duì)細(xì)胞狀態(tài)的影響、活體體內(nèi)應(yīng)用，但不口否認(rèn)，Live-seq的出現(xiàn)讓我們看到了活細(xì)胞即時(shí)狀態(tài)的數(shù)據(jù)化表征，并且為連續(xù)觀測(cè)提供了可行性方案，以及交叉學(xué)科碰撞產(chǎn)生的“極光”。期待Live-seq的逐漸進(jìn)化、演變，甚至對(duì)細(xì)胞命運(yùn)的推演。