瞪你一眼，就能「看透」你

單個細胞是地球上生命體功能和進化的基本單元，蘊藏著生長發育、衰老死亡、新陳代謝、信號傳導等眾多奧秘。在單細胞水平揭示基因與功能的關聯，將有助於解析細胞千差萬別的原因，並識別具有「特異」功能的細胞與基因。

對於單細胞分選，目前最常用的是流式細胞儀，但其需預先知道細胞的表型並加以熒游標記，嚴重限制了可篩選細胞的範圍。拉曼光譜無需任何標記，即可獲取細胞的種類、狀態以及所處微環境等信息，是理想的表型/表型組的評價手段，但由於缺乏與信號複雜度相匹配的分選方式，而無法用於單細胞研究。

中科院青島生物能源與過程研究所單細胞中心最新研發的單細胞拉曼分選儀工程化樣機——RACS-Mini，成功解決了表型判別與單細胞分離的兼顧問題，將成為單細胞水平揭示基因與功能關聯的強大工具。

這個拉曼分選儀功能強大，從相遇到相識，從相知到相守，能夠幫你一眼「看透」單細胞。

茫茫細胞海，哪個才是你要找的它？——單細胞功能成像

在茫茫細胞海里，只要用RACS照一照，獲得的「拉曼組」信息就能告訴你，哪個是你要找的那個它。該信息無需任何標記就可以知道細胞的種系發生、生理狀態，以及所處的微環境等，因此利用拉曼組可以精準識別細胞的種屬分類、代謝水平、對環境刺激的應激反應，以及細胞間互作等表型。

好容易找到它，如何得到它？——單細胞拉曼分選

通過單細胞功能成像我們找到的那個它，如何才能獲得它？根據細胞樣品的狀態和分選通量，RACS配備了一系列拉曼激活單細胞分選方式。

光鑷液滴分選：水相中利用光鑷力操控目標細胞游向出口，重力推動單細胞包裹在液滴中實現微觀與宏觀的轉換；彈射分選：只需輕輕一彈，目標細胞就乖乖到你碗里了；顯微切割分選：對於大細胞或形狀不規則的細胞，切掉非目標細胞留下你想要的；流式分選：一塊小小的晶元直接實現自動化與高通量的單細胞分選。通過上述這些分選裝置，就能輕鬆得到你想要的單細胞。

終於相遇了，怎麼相知呢？——單細胞組學研究

為了更深入的研究目標細胞，RACS具有線下和線上兩種方式，對功能單細胞核酸進行提取擴增，以建立表型與基因型之間的聯繫。

線下方式像一台分裝機，將包裹著單細胞的液滴逐個分布於PCR管中，保證每個PCR管中有且僅有一個細胞，實現與單細胞全基因組擴增與測序的直接對接；線上方式像一塊樂高積木，整合了單細胞分裝、試劑注入、細胞裂解、核酸擴增等眾多小模塊於一體，在晶元中直接實現DNA/RNA的微體系擴增，具有自動化與批量化處理的優勢。

線下式核酸提取擴增流程示意圖

在線式核酸提取擴增示意及實物圖

Happy Ending:相守到永遠——單細胞培養

為了最終獲得表型特異的功能單細胞，RACS還實現了單細胞的培養和快檢等功能。通過液滴/凝膠微球為每個細胞提供一個單間，大幅縮短了培養時間，將傳統塗板培養檢測時間從1-2天縮短至幾小時。

在此基礎上發展的耦合液滴單細胞包裹和納米微球凝聚的方法，可以在單細胞水平上直接定量樣品中的微生物，將檢測時間進一步縮短至半小時以內。

感謝幕後大boss——控制/分析軟體

如果RACS是一道安檢門，能夠輕鬆識別目標表型，鎖定功能單細胞，並把它分離出來進一步「解剖」，那麼控制整個過程的軟體就是幕後的指揮官，RACS系統目前有三大軟體，單細胞拉曼自動採集處理軟體（RamLIS），實現細胞自動定位、採集、處理及表型數據存儲等功能；多層次的單細胞拉曼表型資料庫RamDB，以及大規模、智能化的拉曼組數據分析軟體RamEx，輕鬆搞定數據的搜索、比對，以及深度挖掘。

在指揮官的控制下，目前RACS已成功實現原核/真核單細胞的拉曼表型分析及功能分選。

單細胞中心具有自主知識產權的拉曼組耐藥性臨床快檢技術，能夠不需培養而直接測定單個細菌細胞的耐藥性，因此將成為臨床耐藥性快檢和新型抗菌藥物研發的嶄新手段。同時，拉曼組細胞儲能物質快檢技術能夠同時快速測定和分選微藻細胞中澱粉、油脂和蛋白的含量，將成為工業生產過程在線實時監控的有力工具。

此外，單細胞研究中心與多個企業與臨床機構進行了深入的應用合作，示範了RACS在醫學快檢、細胞工廠篩選、生物資源挖掘、生態過程監控等領域的廣泛應用。

RACS-Mini正在通過中科院高通量細胞分析STS網路，拓展拉曼組大數據網路，示範針對各種細胞類型的單細胞拉曼分選與測序，更好地服務於細胞科學與生物技術產業。

來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所

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