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實(shí)時單細(xì)胞多模態(tài)分析儀功能概述

單細(xì)胞研究對于理解細(xì)胞的組成、生理行為與功能的多樣性具有重要意義，基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組學(xué)等分析技術(shù)為單細(xì)胞研究提供了有力工具。實(shí)時單細(xì)胞多模態(tài)分析儀可以實(shí)時、連續(xù)、定量檢測單個活細(xì)胞的小分子含量及酶活性。

核心特點(diǎn)

主要性能

實(shí)時單細(xì)胞多指標(biāo)檢測：實(shí)時檢測單個活細(xì)胞內(nèi)小分子含量（如葡萄糖、乳酸、ATP、Ca2+、K+等）及酶活性 （葡萄糖苷酶、鞘磷脂酶、乳酸脫氫酶等），可匹配160余種商品化試劑盒；

實(shí)時亞細(xì)胞原位檢測：在亞細(xì)胞水平（胞質(zhì)、胞核、胞膜）實(shí)時連續(xù)、原位檢測；

超微量提取、注射：單細(xì)胞水平提取細(xì)胞器（如溶酶體、線粒體）、胞質(zhì)進(jìn)行質(zhì)譜或其它平臺的聯(lián)用分析；單細(xì)胞注射藥物、代謝劑等，并進(jìn)行藥效評估；

活體水平檢測：活體水平實(shí)時檢測生化指標(biāo)（用藥前后、中醫(yī)藥針灸刺激前后）的變化。

技術(shù)原理

電信號檢測

通過電探頭對細(xì)胞釋放的電活性物質(zhì)進(jìn)行檢測，如過氧化氫、一氧化氮、多巴胺、超氧陰離子等物質(zhì)。

通過試劑盒的量化級聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生的過氧化氫等電活性物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞小分子含量或酶活性的檢測。

熒光信號檢測

光探頭傳輸激發(fā)光激發(fā)預(yù)染色細(xì)胞，通過光學(xué)檢測系統(tǒng)收集細(xì)胞發(fā)射的熒光信號，熒光信號強(qiáng)弱反映細(xì)胞預(yù)染色指標(biāo)的含量，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞整體或亞細(xì)胞激發(fā)檢測。

通過單細(xì)胞超微量提取注射，向單個活細(xì)胞注射熒光檢測試劑盒，光探頭傳輸激發(fā)光激發(fā)細(xì)胞的生化反應(yīng)產(chǎn)物而產(chǎn)生熒光，熒光信號強(qiáng)弱反映細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的小分子含量或酶活。

經(jīng)典應(yīng)用

腫瘤細(xì)胞代謝

腫瘤細(xì)胞異質(zhì)性研究，包括糖代謝、脂代謝、蛋白代謝相關(guān)的小分子和酶活分析；

結(jié)合抑制實(shí)驗(yàn)，研究腫瘤細(xì)胞代謝過程中關(guān)鍵激活酶，為抗癌藥物研發(fā)提供理論基礎(chǔ)；

通過抗癌新藥直接刺激細(xì)胞或配合專用探頭實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)送藥，評估其對單細(xì)胞內(nèi)代謝參數(shù)指標(biāo)的影響。

代表文獻(xiàn)

1) Zheng XT, Yang HB, Li CM. Optical detection of single cell lactate release for cancer metabolic analysis. Anal Chem. 2010 Jun 15;82(12):5082-7. (DOI: 10.1021/ac100074n)

2) Pan R, Xu M, Jiang D, Burgess JD, Chen HY. Nanokit for single-cell electrochemical analyses. Proc Natl Acad Sci USA. 2016 Oct 11; 113(41):11436-11440. (DOI: 10.1073/pnas.1609618113)

3) Zheng XT, Li CM. Single living cell detection of telomerase over-expression for cancer detection by an optical fiber nanobiosensor. Biosens Bioelectron. 2010 Feb 15;25(6):1548-52.. (DOI:10.1016/j.bios.2009.11.008)

4) Zheng XT, Hu W, Wang H, Yang H, Zhou W, Li CM. Bifunctional electro-optical nanoprobe to real-time detect local biochemical processes in single cells. Biosens Bioelectron. 2011 Jul 15;26(11):4484-90.(DOI:10.1016/j.bios.2011.05.007)

新藥研究

新藥研究離不開細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)時單細(xì)胞多模態(tài)分析儀在藥物研究中的常見應(yīng)用：

藥物的極性和分子量會影響其透過細(xì)胞膜的效率，如果藥物的細(xì)胞膜透性較低或未知，可以單細(xì)胞內(nèi)定點(diǎn)注射藥物并實(shí)時檢測藥效相關(guān)指標(biāo)（Ca2+和ROS等），可以反映藥物發(fā)揮作用的潛在位置；

為了理解藥物作用機(jī)制，需要預(yù)先判斷可能的轉(zhuǎn)運(yùn)體、藥物靶點(diǎn)、及涉及到的關(guān)鍵代謝酶，然后通過實(shí)時單細(xì)胞多模態(tài)分析儀進(jìn)行驗(yàn)證，由于是實(shí)時的，可以添加相關(guān)抑制劑或增強(qiáng)劑直接進(jìn)行判斷驗(yàn)證；

用于單細(xì)胞亞細(xì)胞水平的定向給藥及實(shí)時原位檢測藥物作用效果，提供亞細(xì)胞水平藥物-細(xì)胞相互作用研究的重要工具，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞層面藥物保護(hù)性研究和抑制性研究，可為藥物載體的單細(xì)胞層面載藥能力研究和亞細(xì)胞層面的定位提供選擇性平臺。

代表文獻(xiàn)

1）Xin T Z , Peng C , Chang M L . Anticancer Efficacy and Subcellular Site of Action Investigated by Real‐Time Monitoring of Cellular Responses to Localized Drug Delivery in Single Cells[J]. Small, 2012, 8(17):2670-2674. (DOI: 10.1002/smll.201102636)

2）Yuning Han, Bin Hu, Mingyu Wang, Yang Yang, Li Zhang, Juan Zhou*, Jinghua Chen*. pH-Sensitive Tumor-Targeted Hyperbranched System Based on Glycogen Nanoparticles for Liver Cancer Therapy, Applied Materials Today, 2020, 18, 100521.(DOI: 10.1016/j.apmt.2019.100521)

神經(jīng)領(lǐng)域應(yīng)用

單細(xì)胞胞質(zhì)的超微量抽提，和質(zhì)譜平臺聯(lián)用完成遞質(zhì)成分的分析；

納米級探頭實(shí)現(xiàn)單個神經(jīng)細(xì)胞或腦組織的小分子電化學(xué)檢測。

代表文獻(xiàn)

1）Molecular profiling of single axons and dendrites in living neurons using electrosyringe-assisted electrospray mass spectrometry[J]. Analyst, 2019, 144;

2） Development of Au Disk Nanoelectrode Down to 3 nm in Radius for Detection of Dopamine Release from a Single Cell[J]. Analytical Chemistry, 2015, 87(11):5531.

3）Electrochemically Probing Dynamics of Ascorbate during Cytotoxic Edema in Living Rat Brain[J]. Journal of the American Chemical Society, 2020, 142(45):19012-19016.

活體研究

中醫(yī)藥領(lǐng)域，可對特定穴位血清素（5-羥色胺）、一氧化氮、抗壞血酸等關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)時監(jiān)測，可配合組織解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究不同組織類型的指標(biāo)差異，輔助針灸機(jī)理研究；

活體動物模型在體檢測，輔助腫瘤疾病藥物研究。

代表文獻(xiàn)

1）Li, YT., Tang, LN., Ning, Y. et al. In vivo Monitoring of Serotonin by Nanomaterial Functionalized Acupuncture Needle. Sci Rep 6, 28018 (2016). (DOI: https://doi.org/10.1038/srep28018)

2）Tang, L., Li, Y., Xie, H. et al. A sensitive acupuncture needle microsensor for real-time monitoring of nitric oxide in acupoints of rats. Sci Rep 7, 6446 (2017). (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-06657-3)

3）Tang, L., Du, D., Yang, F. et al. Preparation of Graphene-Modified Acupuncture Needle and Its Application in Detecting Neurotransmitters. Sci Rep 5, 11627 (2015). (DOI: https://doi.org/10.1038/srep11627)