多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)FluidFM BOT的原理與應(yīng)用介紹

       瑞士Cytosurge AG公司的多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)FluidFM BOT，是將原子力系統(tǒng)、微流控系統(tǒng)、細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)合為一體的單細(xì)胞操作系統(tǒng)，采用不同孔徑的微型納米注射器，可實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞注射（Injection）、活細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)提?。‥xtraction）、單細(xì)胞分離（Isolation）、粘附力測(cè)定（Adhesion）、納米打印(Nano-printing)等多種功能，全程機(jī)械臂操縱，大幅降低人為誤差和污染風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率與實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性，具有高度自動(dòng)化、操作速度快與操作準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，能夠在單細(xì)胞水平上為研究者提供很大的便利，可應(yīng)用于單細(xì)胞質(zhì)譜、單細(xì)胞力譜、單細(xì)胞基因編輯、細(xì)胞系構(gòu)建、藥物研發(fā)、醫(yī)療等領(lǐng)域。

       北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院公共儀器中心的多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)FluidFM BOT，是國內(nèi)首套多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)，于2020年9月順利安裝于金光樓126室并開始試運(yùn)行，由公共儀器中心覃思穎老師負(fù)責(zé)接樣測(cè)試與維護(hù)管理。目前本中心的FluidFM BOT系統(tǒng)已成功應(yīng)用于單細(xì)胞注射與物質(zhì)提取（小鼠體外培養(yǎng)原代海馬神經(jīng)元、昆蟲葉蟬細(xì)胞、MDA-MB-231細(xì)胞等）、單細(xì)胞分離（植物細(xì)胞原生質(zhì)體、U2OS細(xì)胞等）與粘附力測(cè)定（細(xì)菌侵染細(xì)胞時(shí)細(xì)菌的粘附力、血管內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)不同基底的粘附力等）等多方面科研需求。

以下是多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)FluidFM BOT的多個(gè)功能應(yīng)用與實(shí)例介紹。

FluidFM BOT結(jié)合原子力系統(tǒng)、微流控系統(tǒng)于一體

FluidFM BOT功能應(yīng)用

單細(xì)胞注射實(shí)例
 

       FluidFM BOT可以將多種不同類型的可溶性物質(zhì)準(zhǔn)確注入細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)中，可量化注射體積（fL級(jí)別），可實(shí)現(xiàn)批量注射（每小時(shí)注射超過100個(gè)細(xì)胞），尤其適用于使用傳統(tǒng)方法極難轉(zhuǎn)染的細(xì)胞，且對(duì)細(xì)胞幾乎沒有損傷。

C57小鼠體外培養(yǎng)原代海馬神經(jīng)元DIV7的Dextran染料注射（北大生科院數(shù)據(jù)）

活細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)提取實(shí)例
 

       FluidFM BOT系統(tǒng)的活細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)提取功能十分溫和，可直接用微型納米注射器吸取活細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中的物質(zhì)，無需經(jīng)過化學(xué)或生物學(xué)手段進(jìn)行破膜處理，不會(huì)產(chǎn)生裂解的細(xì)胞碎片，不會(huì)對(duì)內(nèi)部細(xì)胞器造成任何破壞，可用于電鏡成像、酶活檢測(cè)、核酸表達(dá)檢測(cè)、代謝組學(xué)、基因測(cè)序等多方面研究。

活細(xì)胞提取物可結(jié)合電鏡觀察、酶活測(cè)定、轉(zhuǎn)錄檢測(cè)等分析手段

單細(xì)胞分離實(shí)例
 

       FluidFM BOT可進(jìn)行無損細(xì)胞分離，對(duì)于懸浮細(xì)胞，可將細(xì)胞吸取并轉(zhuǎn)移釋放即可。對(duì)于貼壁細(xì)胞，可在探針的樣品池中加入消化液如胰酶，對(duì)指定位置的細(xì)胞進(jìn)行消化，然后再進(jìn)行吸取與轉(zhuǎn)移釋放。FluidFM BOT實(shí)現(xiàn)的單細(xì)胞分離存活率很高，結(jié)合單細(xì)胞注射可實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)染細(xì)胞并建立單克隆細(xì)胞群，對(duì)于工程細(xì)胞株的建立十分有效。

粘附力測(cè)定實(shí)例
 

       FluidFM BOT系統(tǒng)通過負(fù)壓將細(xì)胞吸附在探針針孔處，對(duì)細(xì)胞的吸附力比蛋白結(jié)合更加牢固，能夠直接將細(xì)胞從基底上分離。這種方法不需要激活細(xì)胞的任何信號(hào)通路，可以得到非常接近細(xì)胞原生的數(shù)據(jù)。不同的探針針孔直徑（2、4、8um）可適用于不同大小的細(xì)胞粘附力測(cè)定，我們甚至可使用孔徑為300nm的探針進(jìn)行更小個(gè)體的吸附與粘附力測(cè)定，目前在本中心的FluidFM BOT系統(tǒng)已成功應(yīng)用于金黃色葡萄球菌侵染大鼠腸上皮細(xì)胞時(shí)的細(xì)菌粘附力測(cè)定（nN級(jí)別）。
 

不同大小的單細(xì)胞粘附力測(cè)定

納米打印實(shí)例
 

       FluidFM BOT系統(tǒng)還是一臺(tái)納米打印設(shè)備，可以在實(shí)驗(yàn)器材上鋪設(shè)特定的基底膜，如打印親水或親脂性物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞貼壁的操縱，構(gòu)建不同的細(xì)胞模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制、腫瘤細(xì)胞群落遷徙、神經(jīng)細(xì)胞樹突或軸突形成的研究。

CMD基底打印cRGDfK的細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)Pattern研究

       多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)在高性能單元的監(jiān)控下，通過全自動(dòng)的工作站實(shí)施操作，可確保實(shí)驗(yàn)的平穩(wěn)、順利的進(jìn)行。探針有多種孔徑規(guī)格可選，也可結(jié)合FIB技術(shù)進(jìn)行探針定制，結(jié)合不同的探針可實(shí)現(xiàn)各式各樣的應(yīng)用，以上僅展現(xiàn)部分應(yīng)用，更多的新功能有待各位老師與同學(xué)結(jié)合自己的課題需求進(jìn)行探索與發(fā)掘，歡迎大家聯(lián)系前來測(cè)試樣品！