单细胞多组学技术已成为生命科学的有力工具，但一个精准、低损伤、广谱适用、简捷的目标表型单细胞获取手段，是靶向性单细胞基因组、转录组、蛋白质组或代谢物组分析的先决条件。近日，青岛能源所单细胞中心发明了光镊辅助静态池成像分选技术（OPSI），能“所见即所得”、保持细胞原位活性、高通量地分选明场、荧光、拉曼成像下的目标单细胞，支撑高质量的单细胞基因组/转录组测序。该技术对于细菌、古菌、真菌、动植物、人体等各种大小的细胞均广谱适用。相关工作发表于微流控领域国际权威期刊《芯片实验室》Lab on a Chip。
OPSI技术服务单细胞多组学研究
明场图像、荧光图像、拉曼光谱均可反映细胞丰富的表型信息，汇集上述信息并具备单细胞精度索引、所见即所得特点的单细胞分选技术，在单细胞分析工作中具有广泛的适用性。单细胞中心前期基于单细胞拉曼光谱技术，开发出液相环境中测量与分选菌群中目标微生物单细胞的拉曼分选-测序技术RAGE-Seq（Raman-activated Gravity-driven Encapsulation and Sequencing；Xu et al., Small, 2020）。该技术可在无需标记条件下，通过拉曼光谱获得整个单细胞的化学物质指纹图谱，从而迅速识别活体单细胞的生理特性和代谢产物变化等，更重要的是借助其小体积分离反应的特点，可从单个细胞中得到几乎完整的全基因组信息，对微生物的功能鉴定和资源开发具有重要意义。然而该技术操作过程稍显繁琐，分选通量较低，对于大批量的单细胞分选与分析存在一定的难度。为解决上述问题，单细胞中心徐腾博士、李远东博士带领的研究小组，基于青岛星赛生物的单细胞微液滴分选系统EasySort Compact，在RAGE-Seq技术的基础上开发了基于OPSI的新一代的单细胞分选耦合培养/测序策略。不同于流式分选技术中细胞逐个流过窄通道后成像筛选的原理，OPSI提出了一种静态池成像分选的思路，即在微流控芯片中构建流速为0的稳定静态流场，对样本细胞进行限域，并在该流场内进行平面明场、荧光成像或拉曼扫描，选取目标细胞。之后通过低细胞损伤的1064 nm光镊将目标单细胞移出静态流场，并进行单细胞液滴包裹导出完成分选。
该系统使细胞能够以精确索引的方式进行分类，“所见即所得”，并广泛适用于从细菌、古菌到人体细胞等不同尺寸大小的单细胞（直径1 ~ 40 μm）。验证试验表明，OPSI的单细胞分选准确率> 99.7%，保证10~20细胞/min的分选通量，并高度保持了细胞活性。此外，OPSI继承了RAGE小尺寸分离反应的特点，显著降低了传统单细胞基因扩增中存在的歧化现象。例如，使用该系统分选人体MCF-7单细胞进行RNA-seq，可获得高质量和高可重复性的单细胞转录组谱。OPSI的通用性、方便性、灵活性和低成本等优势，为其在单细胞多组学研究中提供了广阔的应用前景。
基于OPSI的上述特色，单细胞中心和青岛星赛生物合作推出了自动化、智能化的单细胞微液滴分选系统（EasySort Lego/Compact）系列产品，并与国际显微镜和显微光谱仪领军产商（如赛默飞Thermo Fisher Scientific、堀场HORIBA等）合作，在全球科学仪器市场进行推广。
该工作由单细胞中心马波研究员和徐健研究员主持，与青岛星赛生物合作完成，得到了国家重点研发计划、山东省自然科学基金委和国家自然科学基金委的资助。（文/图 徐腾 刘阳）
Teng Xu#, Yuandong Li#, Xiao Han, Lingyan Kan, Jing Ren, Luyang Sun, Zhidian Diao, Yuetong Ji, Pengfei Zhu, Jian Xu*, Bo Ma*. Versatile, facile and low-cost single-cell isolation, culture and sequencing by optical tweezer-assisted pool-screening. Lab on a Chip 2022.
