基于妄想微流体立异的谱系细胞单克隆自动化取患上策略

近期，基于中国迷信院广州瘦弱院张骁钻研员团队提出一种基于妄想微流体立异的妄想微流谱系细胞单克隆自动化取患上策略，以无标志、体立无酶活反映退出、谱系非侵入式的细胞方式，在体细胞重编程历程泛起的单克动化重大谱系中实现为了对于特定谱系的单克隆性细胞的自动化取患上，并研收回基于妄想微流体的隆自略细胞单克隆取患上整机技术（图1）。

图1 自动化谱系细胞哺育/及单克隆取患上整机技术提要

该原创性策略被部署于广州瘦弱院前期自主研发的取患自动化干细胞诱惑哺育装备，后退了人诱惑多无能细胞（hiPSCs）单克隆的上策取患上功能与纯度，提升了零星鲁棒性（robustness）及延迟了体细胞重编程后不断纯化hiPSCs（sub-cloning）的基于建系周期。相关钻研下场以“Selecting Monoclonal Cell Lineages from SomaticReprogramming Using Robotic-Based Spatial-Restricting Structured Flow”为题宣告在Research期刊上。妄想微流

尽管谱系节点细胞在再生医学中的体立运用远景广漠，但基于传统酬谢操作取患上谱系细胞单克隆的谱系措施需要破费大批光阴以及劳动力，取患上功能个别比力低，细胞且无奈以无标志、单克动化无酶活反映退出、非侵入式的方式取患上谱系细胞单克隆。此外，运用微流控技术尽管可能后退谱系细胞收获功能，但这种措施无奈取患上基于谱系特异性的细胞单克隆。因此，睁开可能高效富集谱系细胞单克隆的自动化整机技术显患上尤为紧张。

细胞-细胞/细胞-基质之间的粘附力变更是谱系细胞运气变更中的一个关键关键，经由调节流体剪切力巨细可能实现以无标志、无酶活反映退出、非侵入式的方式分说/抉择具备差距粘附特色的谱系细胞单克隆，这种策略可能运用于基于细胞规范特异性的单克隆工程化取患上。张骁钻研员团队前期钻研中运用AI算法实现为了对于重编程细胞单克隆的识别以及预料，并将AI技术运用于性命迷信仪器整机技术钻研。该团队在前期依靠中国迷信院广州瘦弱院研收回了具备自主知识产权的自动化干细胞诱惑哺育配置装备部署，凭仗这些钻研布景，散漫整机技术以及份子机关生物学认知以及空间妄想微流体操控技术，该团队研发了自动化整机，经由以编程的方式精确操控妄想微流体，并发生具备空间定位的流体剪切力，实如今重大高异质性的细胞情景中经由流体变更抉择特定的细胞规范，并实现谱系细胞单克隆的特异性取患上。

经由火析差距体细胞重编程历程中细胞粘附份子的表白水平变更情景，钻研职员发现细胞多能性基因的表白水平与Integrin家族基因的表白量呈负相关性，而与Cadherin家族基因的表白量呈正相关性。由于Integrins是细胞与细胞外基质（ECM）相互熏染的关键粘附份子，而Cadherins是细胞与细胞之间相互衔接的紧张份子，这象征着体细胞重编程转变为多无能细胞这一谱系运气变更历程中，细胞与ECM的衔接可能会削弱，而细胞与细胞之间的衔接可能会增强。为了证实这个假如，张骁钻研员提出进一步经由妄想平行平板行动腔试验以及免疫荧光试验来妨碍验证。试验服从与预期假如相不同，而且平行平板行动腔试验开始证明了流体剪切力有望成为分说/抉择特定规范粘附细胞的好技术道路（图2）。

图2体细胞重编程中细胞谱系运气变更伴同着粘附份子表白的修正，流体剪应力可用于分说粘附细胞

随后，论文第一作者陈学平博士基于流体能源学道理妄想了可能发生部份妄想微流体的细胞取患上微型挑针妄想（PTMS），团队克制了流场下场与多曲面加工实现的难题，一再校验加工妄想，最终基于PTMS发生的妄想微流体（PTMS-FLOW）实现为了对于基于空间限位谱系细胞的特异性挑取。此外，钻研证明了PTMS-FLOW可凭证流速变更在Z轴-h0的为常量的条件下，应答差距细胞规范的粘附力差距，实现以无标志、无酶活反映退出、非侵入式、以及非打仗的方式对于差距谱系细胞妨碍特异性的抉择。该钻研证明了却构微流体是作为分说/抉择特定谱系规范粘附细胞的可自动化的技术道路，为后续进一步钻研谱系细胞单克隆的自动化取患上提供了实际根基（图3）。

图3 基于空间定位的妄想微流体钻研差距谱系细胞的粘附分说熏染

为了将上述策略运用于对于体细胞重编程历程中特定谱系的细胞的自动化取患上，钻研团队经由克制机械模块操作以及精准调解的难题，散漫细胞光学成像以及自顺应算法，实现精准操控微妄想的功能底部与细胞单克隆之间的Z轴间距以及水平位移，从而确保精准操控PTMS-FLOW熏染于单克隆性的谱系细胞上，以此实如今体细胞重编程历程泛起的重大谱系中快捷取患上hiPSCs细胞单克隆的目的（图4）。

图4 研发自动化谱系细胞哺育/及单克隆取患上整机技术

此外，钻研团队借助自动化整机技术的精确的流体操控能耐，妄想了一种双挑方式（Dual Run Selection），经由运用两次差距强度的剪切流体分说取患上差距规范粘附特色的谱系细胞，实现为了对于特定空间位置的hiPSCs谱系细胞单克隆的特异性抉择（图5），并能为卑劣hiPSCs实现特异性扩增提供纯化（sub-cloning）能耐。

图5 基于谱系细胞粘附力的差距，运用PTMS-FLOW实现为了对于重编程多无能细胞单克隆的抉择

综上所述，钻研团队提出一种基于微型挑针妄想介导的PTMS-FLOW实现为了以无标志、无酶活反映退出、以及非侵入式的方式快捷取患上谱系细胞单克隆的目的，并研收回具备自主知识产权的谱系细胞单克隆自动化取患上的整机技术。该整机技术经由大幅削减谱系细胞天生历程中的光阴老本，以及家养操作量，使患上谱系细胞取患上以及哺育起来更重大。该钻研为自动化破费特定谱系细胞用于临床干涉提供了新的技妙筹划，并为再生医学根基钻研提供更多自动化取患上谱系细胞的工具，从而从技术本领以及措施学方面增长再生医学规模的根基钻研以及运用落地。

论文链接：

https://doi.org/10.34133/research.0338