给细胞做“微创手术”引发的技术革新

微创手术在如今已经是比较普及的技术了，但是如果对象是细胞呢？
近日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员陈万泽以共同第一作者首位，在《Nature》上发表了一篇长文，介绍了团队在国际首创的活细胞转录组测序技术（Live-seq）。

偏偏是这个如此通俗易懂的名字，让我们的认知出现了混乱。那么，团队要克服的首要问题就是怎么在测序中维持细胞活性？利用单细胞转录组测序技术来观测细胞状态的前提，是需要将细胞裂解，提取其中的RNA来测定每个基因表达量的高低，但这样就不能避免地杀死了细胞。经过7年的努力，陈万泽所在课题组与瑞士洛桑联邦理工学院Bart Deplancke课题组、苏黎世联邦理工学院Julia Vorholt课题组组成的团队成功突破了这道砍。

这种组合设备需要对微观操作和极微量检测提供解决方案：
1）具备纳米级移动分辨率和皮牛顿力学灵敏度的原子力显微镜，实现超精密显微操作；
2）亚皮升级别的微/纳流控通道和液压调节系统，实现微量（约1皮升）样品提取和转移；
3）纳米级的、中空可定量的、可和细胞膜无缝密封的特殊探针，可以实现微创的细胞质提取；
4）相偶联的实时跟踪成像和细胞培养系统，可以长时间锁定同一个细胞；
5）高灵敏度的RNA扩增测序；
6）对前述步骤的无缝整合
Live-seq的核心是通过对活细胞中的部分细胞质进行微创提取，从中提取出极其微量的胞质RNA进行扩增，这样既可以从转录水平跟踪细胞状态，同时也会保持细胞的活性和功能。
当然，如此精细的操作肯定需要更加精密、分辨率更高的仪器来进行。陈万泽刚开始尝试利用在细胞领域相对比较小众的原子力显微镜来逐渐优化自己的想法。原子力显微镜有一个很尖的硅探针，用于探测物质表面性质。陈万泽团队对这个探针进行了一系列的改造，包括表面活化、修饰等等，让探针能够在扎入细胞质的同时吸附出胞质内的RNA。但是改造的成本和探针成本都比较高，且成功率在当时还比较低。
之后在了解到瑞士洛桑联邦理工学院研发了一种可以吸出部分胞质的特殊的原子力显微镜（FluidFM，原子力显微镜与微控流技术的结合），两个团队顺理成章的开始联合攻关。最终完成Live-seq的改造，对五种类型共295个细胞进行了测序，发现Live-seq能够有效区分不同类型的细胞，且平均每个细胞能检测到约4112个基因的表达信息。文章中所用的细胞包括IBA（神经胶质细胞）、ASPCs（原代小鼠脂肪干细胞和祖细胞）、RAW264.7（单核细胞或巨噬细胞样细胞系）、RAW-G9（红色荧光标记的Tnf启动子，便于下游功能分析）。

认识是实践的目的和归宿，一切认知都是为了让存在的物质得以更好的存在而服务，一切认知的兴盛、消亡和变迁都是为了让存在的物质得以更好的存在而服务。Live-seq可以回答怎样的过去决定了现在。现在Live-seq面临的挑战还有很多，比如高通量测序、多次同样本采样对细胞状态的影响、活体体内应用，但不口否认，Live-seq的出现让我们看到了活细胞即时状态的数据化表征，并且为连续观测提供了可行性方案，以及交叉学科碰撞产生的“极光”。期待Live-seq的逐渐进化、演变，甚至对细胞命运的推演。