在生命科學研究中,將外源物質送進細胞,或從細胞內部取出樣本,一直是精細活。傳統顯微注射用的針頭直徑幾微米,刺入細胞像用筷子戳氣球——損傷大、成功率依賴手感。近些年出現的兩類自動化設備,正讓這些操作變得精準、輕柔、高效。以橫河電機的兩款產品為例,它們代表了細胞注射和取樣的兩個方向。
納米級“微創手術刀”
Single Cellome Unit SU10的核心理念,是做減法。它配備的玻璃納米吸管,針尖外徑只有大約100納米——比常規顯微注射針細一個數量級。針頭刺入細胞時,細胞膜幾乎感覺不到被穿透。SU10將FITC標記的葡聚糖注入HeLa細胞后,細胞依然健康,可以繼續培養觀察。
這套系統將注射流程完全自動化。操作者在軟件界面上選中目標細胞,點擊確認,SU10自動完成細胞表面探測、穿刺、定量注射,整個過程約10秒。橫河電機公布的數據顯示,在HeLa細胞上的成功率達到90%。過去只有經驗豐富的研究員才敢挑戰的顯微注射,如今新手也能上手。
SU10能處理的樣本范圍相當廣。除了常規的HeLa、HEK293、CHO等細胞系,它還成功注射過iPS細胞、T細胞、原代神經元,甚至帶有細胞壁的植物細胞。注入的物質也多樣:CRISPR-Cas9核糖核蛋白復合體、抗體、熒光染料、單鏈DNA,都可通過納米吸管直接遞送到細胞質或細胞核。對于傳統轉染方法難以處理的細胞類型(如原代免疫細胞),這種物理遞送方式提供了一個新選項。
看得見的取樣手
與SU10的單向注射不同,Single Cellome System SS2000主打“有來有往”——既能精準取樣,也能逆向注射。它本質上是將一臺高速共聚焦顯微鏡與一套精密移液系統合二為一。
SS2000工作時,先用共聚焦鏡頭對培養細胞進行三維成像。操作者可以基于圖像,指定想要采集的區域:是整個細胞,還是細胞內部某個特定部位——比如富含線粒體的細胞質區域,或者神經元細長的軸突末梢。移液針在實時圖像導航下刺入目標,吸取微量內含物,收集到PCR板或微孔板中。收集位點配有冷卻裝置,防止核酸和蛋白質降解。
這套系統的價值在于保留了上下文信息。研究者可以對比與癌細胞相鄰的正常細胞和遠處正常細胞的基因表達差異;也可以從活細胞的不同部位分別取樣,分析分子在細胞內的空間分布。所有樣本都可以送去進行基因測序或質譜分析,結果再與細胞的形態、位置、動態行為一一對應。
SU10和SS2000都采用納米級移液針頭,都強調自動化操作,都追求對細胞的低損傷處理。它們的區別在于功能側重:SU10專注于將外源物質高效、準確地遞進細胞;SS2000則擅長從細胞內取出樣本,同時記錄細胞的影像數據。前者適用于基因編輯、蛋白功能研究;后者適合分子追蹤、細胞異質性分析。
從手動到自動,從微米到納米,從盲目穿刺到圖像導航,細胞注射和取樣產品正在變得更精細、更智能。它們的共同目標,是讓研究人員能像操作精密儀器一樣對待單細胞——想放什么進去就放什么進去,想取什么出來就取什么出來,而且全程看得見、可重復。
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