微流控技術(shù)——?jiǎng)?chuàng)新驅(qū)動(dòng)使單細(xì)胞分析簡(jiǎn)單化
單細(xì)胞分析可以揭示生命基本單元，該領(lǐng)域技術(shù)的創(chuàng)新可以更有效的對(duì)復(fù)雜疾病進(jìn)行診斷，更好地預(yù)測(cè)治療結(jié)果，為治療方案的選擇提供更大的信心。細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，其體積極小，檢測(cè)樣品量也很少。因此，提高檢測(cè)方法的靈敏度是細(xì)胞分析面臨的一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的方法是對(duì)一組細(xì)胞進(jìn)行分析，研究結(jié)果只能得到一群細(xì)胞的平均值，并不考慮細(xì)胞異質(zhì)性，掩蓋了細(xì)胞水平上許多復(fù)雜功能過(guò)程。例如免疫反應(yīng)過(guò)程，其中單個(gè)細(xì)胞的影響可能比整體水平更重要。開發(fā)單細(xì)胞培養(yǎng)、分選、操縱、定位、分離以及檢測(cè)分析方法，研究細(xì)胞的異質(zhì)性，對(duì)疾病診斷、藥物篩選等方面都具有極其重要的意義。
單細(xì)胞分析技術(shù)的引入為研究在天然存在和基因工程化群體中發(fā)現(xiàn)的稀有變異細(xì)胞開辟了新的可能性,包括循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC），免疫系統(tǒng)內(nèi)的抗原特異性淋巴細(xì)胞和造血干細(xì)胞（HSC）。這些罕見(jiàn)的變異，發(fā)生率為百萬(wàn)分之一或十億分之一，可以揭示有關(guān)致癌突變，檢測(cè)耐藥性，從而尋求新的治療方法和藥物。單細(xì)胞分析加快了人們對(duì)個(gè)體組織中細(xì)胞變異和分化的理解，使人們更深入地了解基因表達(dá)，細(xì)胞周期過(guò)程。人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃正在使用單細(xì)胞技術(shù)來(lái)繪制和探索個(gè)體內(nèi)的細(xì)胞差異，了解它們之間如何發(fā)生相互作用。這項(xiàng)工作將為生物學(xué)和醫(yī)學(xué)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，將我們對(duì)解剖學(xué)、細(xì)胞發(fā)展、生理學(xué)、病理學(xué)、細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)、細(xì)胞間通信的理解提高到一個(gè)新的水平，成為疾病研究的重要參考。
一些分子如細(xì)胞因子和抗體，代表了治療癌癥，炎癥性疾病和免疫疾病新穎且極具商業(yè)吸引力的治療選擇，其中單克隆抗體是目前增長(zhǎng)最快。預(yù)測(cè)表明，到2020年這個(gè)市場(chǎng)的價(jià)值將達(dá)到約1250億美元。不出所料，許多開發(fā)商正在尋求最有效和最精確的單克隆抗體鑒定和生成方法，以滿足不斷增長(zhǎng)的治療需求，并推進(jìn)這一醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。這類治療僅支持具針對(duì)性的疾病管理，但是鑒定細(xì)胞的分泌靶蛋白的特異性和/或生產(chǎn)率可能需要分析幾百萬(wàn)或數(shù)十億個(gè)細(xì)胞。
產(chǎn)量和靈敏度之間很難平衡
要使單細(xì)胞分析真正具有商業(yè)可行性，必須優(yōu)化系統(tǒng)和程序，這是一項(xiàng)高昂的技術(shù)挑戰(zhàn)。在細(xì)胞群體中測(cè)量單個(gè)細(xì)胞釋放的分泌蛋白（如抗體）非常困難，因?yàn)檫@些分子很快就會(huì)在細(xì)胞周圍消失。另外，原代細(xì)胞（來(lái)自人體）非常脆弱，需要小心處理。在這種細(xì)胞分析中，常規(guī)技術(shù)通常達(dá)不到所需的高通量和靈敏度之間的最佳平衡。
流式細(xì)胞術(shù)或熒光激活細(xì)胞分選（FACS）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高通量，但是對(duì)于精細(xì)的原代細(xì)胞系損傷較大。有限稀釋法和克隆挑取法比流式細(xì)胞術(shù)更少磨損，但產(chǎn)量方面相對(duì)較低。克隆挑取法通常在三周的時(shí)間內(nèi)完成大約10,000次細(xì)胞檢測(cè)。因此，開發(fā)者努力尋求全自動(dòng)化的集成系統(tǒng)，既能保證高通量，又能對(duì)細(xì)胞精細(xì)處理，同時(shí)具有測(cè)量較難分子如分泌蛋白的潛力。
另外，藥品研發(fā)和細(xì)胞系開發(fā)工作流程中，進(jìn)行單細(xì)胞分析，分選，成像，分配，每個(gè)過(guò)程都需要不同的儀器操作，耗時(shí)且成本高。
微流芯片和微液滴技術(shù)
微流控技術(shù)為單細(xì)胞分離和分析提供了一種新的解決方案，這種方法在生物制藥行業(yè)中變得越來(lái)越流行。通過(guò)使用最新的微流路技術(shù)，每天可以對(duì)數(shù)百萬(wàn)個(gè)的微液滴進(jìn)行調(diào)整，解析，分選，融合，分割，回收，分配等操作。每秒可以形成10萬(wàn)個(gè)以上的微液滴（pL～nL), 可以解析在微液滴中分泌的抗體等生理物質(zhì)。通過(guò)使用最新開發(fā)的表面活性劑可以使微液滴長(zhǎng)期保持安定。