Разработан доступный метод для нанолитровых реакций с отдельными клетками
Масштабирование реакций с отдельными клетками до нанолитрового уровня критически важно для минимизации риска контаминации, повышения эффективности реакций и снижения затрат. Исследователи из Центра изучения отдельных клеток (Single-cell Center) Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессных технологий Китайской академии наук разработали центробежную систему для точного манипулирования нанолитровыми объемами жидкостей в анализе отдельных клеток, подходящую для обычных биологических лабораторий.
Эта система, известная как центробежная система нанолитрового пипетирования (CNPS), представляет собой недорогую и простую в использовании альтернативу микрофлюидным технологиям и значительно улучшает покрытие и равномерность секвенирования генома отдельных клеток.
Результаты опубликованы в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.
«Она играет решающую роль в таких приложениях, как оценка фенотипа клеток, протеомика, амплификация генома и создание библиотек для секвенирования», — подчеркнул важность масштабирования реакций до нанолитрового уровня профессор Ли Чунью, первый автор исследования из Single-cell Center.
Современные методы создания нанолитрового реактора для амплификации множественного смещения целого генома (multiple displacement amplification) из отдельных клеток в основном полагаются на микрофлюидные устройства на основе микроклапанов, микролунки и капельную микрофлюидику.
«Эти подходы сталкиваются с проблемами в изготовлении и эксплуатации микрофлюидных чипов, высокой стоимостью оборудования и необходимостью специальных навыков», — отметил Ли.
Кроме того, проблема получения образцов нанолитрового объема для последующего анализа, известная как дилемма интерфейса «мир-к-чипу» ("world-to-chip" interface dilemma), продолжает мешать работе этих платформ.
Для решения этих проблем исследователи представили прорывное решение — недорогую, собираемую самостоятельно CNPS с использованием стандартной кварцевой капиллярной трубки и 96/384-луночного PCR-плана. «Эта система использует капиллярный эффект для спонтанного забора пробы и центробежную силу для переноса отмеренной жидкости из капиллярной трубки в планшет», — пояснил профессор Ма Бо, соавтор-корреспондент исследования из Single-cell Center.
Используя в качестве модельных организмов Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli и Staphylococcus epidermidis, система CNPS достигла среднего покрытия картированных прочтений в 95,23%, 95,15% и 80,94% соответственно, что сопоставимо с капельными микрофлюидными платформами.
Эта система имеет значительные преимущества перед существующими платформами для работы с нанолитровыми объемами жидкостей. Во-первых, она устраняет зависимость от микрофлюидных технологий, позволяя собирать установку в любой биологической лаборатории без специальной подготовки. Во-вторых, закрытая PCR-пробирка или планшет минимизируют испарение следовых количеств жидкости и снижают риск контаминации. Наконец, бесшовный переход от CNPS (нанолитр) к традиционному ручному пипетору (микролитр или миллилитр) соединяет микро- и макромиры.
На следующем этапе исследователи будут использовать передовые инструменты, такие как активированная рамановской спектроскопией сортировка и секвенирование отдельных клеток (Raman-activated single-cell sorting and sequencing) и система сортировки отдельных клеток в микрокаплях (single-cell microdroplet sorting System), для автоматической изоляции отдельных клеток в 96-луночном PCR-плане. Затем они будут использовать систему CNPS для эффективного массового добавления реагентов для лизиса и амплификации ДНК. Этот процесс позволит проводить экономически эффективную параллельную амплификацию геномов отдельных клеток в наномасштабе.
«CNPS имеет многообещающий потенциал в качестве надежной платформы для анализа отдельных клеток, охватывающей такие задачи, как изоляция и культивирование отдельных клеток, а также всесторонний омиксный анализ отдельных клеток», — сказал профессор Сюй Цзянь, руководитель Single-cell Center.