细胞分选技术中,流式技术普及但存局限。新型拉曼光谱分选无标记、高灵敏、低伤害,成本高。光电镊分选无标记、高通量、强活性,已市场化应用,展现广潜力。
细胞分选作为一种重要的生物学技术,可以依据目标细胞群体荧光标记、尺寸、结构复杂度等特征,将所需的特定类型细胞分离、提取出来,用于进一步的生物学研究、临床诊断与治疗。
传统的细胞分选技术如“流式细胞技术”已十分普及,但不足以满足所有的细胞分选需求。随着新型细胞分选技术不断出现,研究者也愈发注意不同分选技术对细胞本身以及后续应用的影响。
本文选取当下热点的“拉曼光谱分选”与“光电镊分选”两种新型细胞分选技术与流式技术相比较,以期为有各类单细胞操控、分选需求的研究者提供有效的参考。
流式细胞技术利用流式细胞仪对细胞悬液进行快速分析,通过对流动液体中排列成单列的细胞进行逐个检测,得到该细胞的光散射和荧光指标,分析出其体积、内部结构、表面抗原等物理及化学特征,具有检测速度快、测量指标多、采集数据量大、分析全面等特点,并已从基础研究扩展到临床医学研究及疾病的诊断等领域,应用广泛而成熟。
然而,这种技术在一些特定应用中也展现出一定的局限性。首先,该技术主要依赖于荧光信号,一方面荧光标记试剂的使用可能会对细胞活性产生不良影响,另一方面由于较少利用细胞的形态等自然特征,某些特定的程度上降低了细胞的分类识别精度。其次,流式分选的单细胞要经历“鞘液包裹---聚焦检测---由喷嘴喷出---高频振荡形成液滴---高压电场中偏转---高速落入样本收集管”等一系列恶劣条件,非常容易造成分选后的细胞活性和得率下降。
为了实现高通量的细胞分选,该技术利用施加交流电场将单个细胞捕获并排列,定位到检测点后拉曼标记获取到对应的细胞光谱,对不同的细胞群分选,实现了亚秒水平上快速拉曼激发细胞分选。
这项技术集成了激光技术、介电泳原理以及微流控技术,相较于流式技术实现了无标记、高灵敏度、低伤害的细胞分选。然而,目前构建这样一套先进的设备需要较高的成本投入,所以技术的应用和普及仍受到一定的限制。
基于细胞的大小、刚性、活性等特征,不同细胞所受的介电泳力大小不同,受力偏移的速度、方向等也不完全一样。将光电镊与微流控技术相结合,我们得以利用细胞自身的介电特性,无需额外标记,开发出一种无标记、高通量且保持细胞强活性的分选技术。
光电镊的操控对象远不止于细胞,它还大范围的应用于微球、微生物、、藻类、类器官等多种细胞及微粒,操控范围跨越500纳米至500微米,在微纳米组装、微纳米图案化、单细胞筛选、定向操控和驱动等领域,展现了极广的应用潜力,为科学研究与技术创新提供了强有力的工具。
微纳动力创立于2022年3月,是一家专注于生命科学与生物医学设备研发的高新技术企业。微纳动力创始人冯林及核心团队历经在东京大学、名古屋大学以及北京航空航天大学近20年技术积累,开创出颠覆式的微纳操作与微纳米机器人技术平台。通过对非接触物理场(光电场与电磁场)的精准化、智能化控制,成功开发出了基于光电场的微纳操作平台、基于电磁场的微纳米机器人平台等平台型关键技术,在生命科学研究与生物医学领域研制出一系列创新产品。
光电镊微纳操控平台,不但可以实现微纳米粒径物体的阵列化排布与精准组装,赋予科学研究更多的可能性;还能够高效完成细胞筛选工作,大大加速抗体药发现、细胞株筛选、CAR-T细胞疗法研究的实验进程。
靶向给药微纳米机器人,经磁场精准驱动可以通过体内复杂血管环境到达肿瘤目标区域,突破多重屏障后释放药物,颠覆式解决传统肿瘤药物递送方式靶向率极低的问题。
微纳动力(北京)科技有限公司成立于2022年3月,是一家国际领先的、以设计制造高精尖医疗器械和单细胞级微操作与微手术仪器设施开发为主体业务的高新技术公司,致力于推动微纳米机器人技术及物理场驱动、控制技术在生物医学领域的应用落地。微纳动力拥有研发实力强大的团队,通过十几年在非接触物理场控制方面的技术积累,基于四大物理场控技术的专研(磁场、电场、光场、超声)开发了多个创新型产品,主要有高通量、单细胞精准筛选光电微流控系统,磁悬浮胶囊胃肠镜机器人系统及肿瘤靶向给药微纳米机器人系统等。
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