Ученые разработали высокоточную платформу для печати капель для скрининга фенотипов одиночных клеток

С развитием технологий синтеза и редактирования генома скрининг фенотипов одиночных клеток на основе капель становится все более важным. Однако точное и высокопроизводительное распределение целевых капель в конкретные макроскопические среды для последующего мульти-омиксного анализа остается технической проблемой.

Исследователи из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессных технологий (QIBEBT) Китайской академии наук разработали платформу для печати на основе капель, которая может печатать капли с одиночными клетками в чашки Петри или 96-луночные планшеты по принципу «одна капля на лунку». Эта платформа позволяет проводить масштабируемый, экономически эффективный и полностью автоматизированный захват и скрининг фенотипов одиночных клеток.

Работа опубликована в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.

Скрининг на агаровых пластинах и в микропланшетах — два наиболее широко используемых традиционных метода. Анализы на агаровых пластинах просты в эксплуатации, но не обеспечивают точного количественного определения и поэтому в основном используются для первичного скрининга штаммов. Анализы в микропланшетах дают точное количественное определение и подходят для оценки характеристик мутантов, но имеют более низкую пропускную способность.

Инструменты на основе капельной микрофлюидики многообещающи для сверхвысокопроизводительного скрининга. Однако современные стратегии сортировки часто лишь обогащают капли с определенным фенотипом в одном канале, что затрудняет точное и эффективное разделение каждой целевой капли в конкретные места в макроскопических средах (например, чашки Петри или 96-луночные планшеты) для последующих экспериментов по культивированию и секвенированию одиночных клеток.

Разработанная в этом исследовании платформа для печати капель состоит из четырех основных модулей: модуля микрофлюидного чипа с насосным приводом, модуля автоматического распознавания оптических сигналов, модуля управления высоким давлением и модуля автоматизированной мобильной платформы.

Диао Жидянь, аспирант и соавтор исследования, объяснил, что чип содержит встроенные оптические волокна, которые могут вводить светодиоды красного света. Когда отсортированные целевые капли проходят через окно детектирования, фотодиоды, подключенные к оптическим волокнам, могут их идентифицировать и генерировать соответствующие сигналы. Эти сигналы затем используются для печати капель в определенных областях на основе электро-гидродинамических принципов.

«Эта чип-платформа имеет несколько уникальных особенностей, — сказал соавтор исследования Ге Анлэ. — Эта платформа не только может генерировать капли онлайн, но также может точно печатать инкубированные или отсортированные капли по требованию, преобразуя «группы целевых капель» в «индивидуальные целевые капли», тем самым обслуживая последующие фенотипические исследования на уровне одиночной клетки».

«Эта платформа включает оптический детекционный модуль на основе передачи по оптическому волокну, — сказал соавтор исследования профессор Ма Бо. — Этот модуль не только повышает точность печати капель, но и позволяет избежать сложных оптических систем. Эта компактная и интегрированная система совместима с более широким спектром сценариев последующих экспериментов, таких как масс-спектрометрия, чашки для культивирования клеток и 96-луночные планшеты».

Далее исследовательская группа планирует интегрировать эту высокоточную платформу для печати одиночных капель по требованию с ранее разработанными приборами для рамановской сортировки клеток, такими как FlowRACS и RACS-Seq/Culture, чтобы достичь полностью автоматизированной, высокоточной, высокопроизводительной функциональной идентификации, разделения, культивирования и экспорта одиночных клеток для сложных биологических систем, таких как микробиомы и крупные библиотеки мутантов.

«Интеграция нашей платформы с существующими приборами для рамановской сортировки одиночных клеток, такими как FlowRACS, откроет новые возможности для крупномасштабных функциональных исследований одиночных клеток, предоставив комплексное решение для биобанкинга, синтетической биологии, прецизионной медицины, глубоководных/глубокоземных/глубококосмических исследований и биобезопасности», — сказал профессор Сюй Цзянь, руководитель Центра одиночных клеток QIBEBT.