2022-01-30

Science | 基于影像的高速细胞分选实现复杂表型的基因组研究

原创 图灵基因 图灵基因 2022-01-30 09:20

收录于话题#前沿分子生物学技术

荧光激活细胞分选技术最早是在52年前发展起来的。从那时起，根据标记蛋白的表达分离细胞的能力已经彻底改变了生物学研究。然而，分离具有复杂表型的单个细胞是一项技术挑战。

现在，研究人员提出了一种高速细胞分选机，它使用荧光成像技术来实现对复杂表型的基因组规模研究。这项技术增加了荧光成像和基于图像的决策，根据每个细胞的视觉细节，而不仅仅是存在的生物标记物的类型或数量，以极高的速度对单个细胞进行分类。这项新技术可以极大地扩展细胞分类应用和联合基因筛查的表型空间，并有可能改变免疫学、细胞生物学和基因组学研究，实现新的基于细胞的治疗发现。

这项工作发表在《Science》杂志上的一篇题为“High speed fluorescence image-enabled cell sorting”的论文中。

单细胞表现出多种表型，从可变的基因表达水平、动态蛋白质定位或不同的细胞形态。然而，目前的细胞分类和表征方法在空间上受到限制，缺乏亚细胞分辨率。

EMBL的研究人员、科学家Daniel Schraivogel博士及其同事将“超快显微镜和图像分析与流式细胞仪细胞分选仪相结合，以解锁用于高通量分选应用的空间表型。”为此，他们提出了一个完全集成的高速图像支持细胞分选仪（ICS），它记录多色荧光图像，并根据它们以每秒15000个事件的速度对细胞进行分选。

这项被称为BD CellView图像技术的新发明，可以捕获流经系统的单个细胞的多张图像，并且还增加了一种以前不可能的能力，即以这种速度基于单个细胞的详细显微图像分析对细胞进行分类。

通过将成像添加到传统的生物标志物识别和量化中，新技术不仅可以识别细胞中是否存在生物标志物以及有多少生物标志物，还可以识别其位置或它在细胞内的分布方式。

研究人员证明了ICS能够快速分离和量化具有复杂细胞表型的细胞，包括具有不同定位蛋白质的细胞和处于不同有丝分裂阶段的细胞。他们将ICS与CRISPR联合筛选相结合，以确定核因子途径的调节因子，即核因子κB（NF-κB），从而能够在大约9小时的运行时间内完成基于全基因组图像的筛选。

“这项创新克服了分选单个细胞的速度和精度之间的典型折衷。”BD董事长、首席执行官兼总裁Tom Polen说。

“多年来，研究人员一直需要一种细胞分选系统，使他们能够详细了解细胞的内部运作，并分离出那些具有感兴趣的微观表型的细胞。”EMBL高级科学家、斯坦福大学遗传学教授Lars Steinmetz博士说，“这就是BD CellView图像技术所取得的成就，它定义了细胞分离和表征的新标准。我们很高兴将这项技术应用于高分辨率基因组筛查，旨在收集基因组每个部分的功能信息。我们还在探索基于细胞的健康和疾病细胞诊断和表征的应用。”