基于光譜的單細胞表型分選

在基于各種光譜技術(shù)的單細胞功能識別與表征基礎(chǔ)之上，利用光譜激活的細胞分選技術(shù)，能夠分離出特定功能的單細胞，進而測定與該功能相對應(yīng)的基因型，甚至是轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組、表觀組等單細胞功能基因組，從而在單個細胞精度上建立“表型-基因型”關(guān)聯(lián)。

熒光激活細胞分選

長期以來，熒光流式分選作為一種主流的細胞分析和分選技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。商品化熒光流式細胞分選儀（fluorescence-activated cell sorting，F(xiàn)ACS）的檢測和分選通量可達數(shù)萬個細胞/秒，自動化和智能化程度較高，但是儀器成本卻一直居高不下，成為應(yīng)用推廣的重要障礙。近年來由于微流控技術(shù)的引入，F(xiàn)ACS?的成本大幅降低，同時還帶來了靈活、精確等優(yōu)點?；谖⒘骺氐?FACS?通過采用表面駐波聲波三維細胞聚集技術(shù)，使得細胞可在低夾流流速條件下實現(xiàn)精確聚焦，可避免細胞在傳統(tǒng)?FACS?中由于高流速、高剪切力帶來的損傷。

近年發(fā)展起來的基于液滴微流控的熒光激活液滴分選（fluorescence-activated droplet sorting，F(xiàn)ADS）技術(shù)由于采用液滴包裹細胞，解決了傳統(tǒng)?FACS?難以解決的細胞分泌蛋白或者胞外代謝小分子檢測這一難題，分選通量也可達到?30?kHz。經(jīng)過表型檢測分選后，單個細胞仍被包裹在單個液滴中，保持獨立性，并能與下游單細胞培養(yǎng)、測序等組學研究無縫銜接?；?FADS?平臺，實現(xiàn)了哺乳動物細胞?U937?對藥物庫的毒性表型檢測分選，從定向進化的酵母突變體庫中（數(shù)量約為?10⁸個突變子）檢測篩選具有高辣根過氧化物酶活性的突變體等。也有報道在?FADS?平臺上集成雙通道檢測系統(tǒng)，從定向進化的突變體庫（約?10⁷個突變子）中篩選到優(yōu)先生產(chǎn)布洛芬對映異構(gòu)體的高對應(yīng)選擇性的酯酶。最近，通過耦合?FACS?和人工智能技術(shù)，在基于高通量高分辨度圖像處理的單細胞表型檢測分選平臺（intelligent image-activated cell sorting，IACS）上，示范了衣藻突變體庫的多參數(shù)智能化篩選。概言之，F(xiàn)ACS?加速了合成生物學“檢測”的環(huán)節(jié)，使之得以匹配“設(shè)計”和“合成”的通量，促進了合成生物學的發(fā)展。但如前所述，由于受制于?FACS?需要熒光探針和標記細胞，同時檢測的表型數(shù)目很有限等原理上的局限，亟須發(fā)展基于非標記式光譜識別、全景式表型分析、廣譜適用于自然界所有細胞的細胞分選技術(shù)。