芯片上的掃描電化學顯微鏡

近日，北京科技大學精準醫(yī)療與健康研究院，生物工程與傳感技術(shù)北京市重點實驗室，化學與生物工程學院的趙亮博士與張美芹研究員，張學記教授合作在期刊Analytical Chemistry（Nature Index Journal之一）上在線發(fā)表了題為”Systematic Analysis of Different Cell Spheroids with a Microfluidic Device Using Scanning Electrochemical Microscopy and Gene Expression Profiling”的研究論文。該研究工作報道了一種基于掃描電化學顯微鏡與微流控技術(shù)相結(jié)合，系統(tǒng)性研究異種細胞團塊中細胞上蛋白活性與基因表達關系的新分析方法。

三維細胞團塊是當前研究腫瘤生物學新的有力工具，能夠更好地重構(gòu)體內(nèi)的腫瘤形態(tài)和生理環(huán)境。當前對于細胞團塊的觀測多是基于傳統(tǒng)的光學成像方法，往往需要對細胞團簇進行熒光標記甚至切片成像等。掃面電化學顯微鏡（SECM）作為一種非光學無標記成像的技術(shù)正受到人們越來越多的關注。當前掃描電化學顯微鏡對于細胞團的表征往往表現(xiàn)為針對少量同種團塊，單線掃描，難以采集和獲取電化學信號之外的細胞內(nèi)部基因表達的信息。

針對上述當前研究中的限制，該研究利用可打開的微流控芯片技術(shù)手段，將腫瘤和體細胞團塊的培養(yǎng)集成在一塊芯片上（85 x 4培養(yǎng)單元）。芯片開放后利用SECM對不同細胞團塊掃描成像，后續(xù)可以精準地挑取單個細胞團塊進行多基因表達分析。SECM成像結(jié)果表明，利用雙模態(tài)多次掃描可以有效地消除底面形貌對團塊電化學信號的影響，在乳腺癌（MCF7）團塊上堿性磷酸酯酶呈現(xiàn)出較高的酶活性，而成纖維細胞團上的酶活性相對較低。精準挑選成像中感興趣的團簇后，通過對各自種類單個細胞團塊的基因表達分析，進一步證實了ALP在癌細胞中表達上調(diào)。相比成纖維細胞，其他的基因如多能性相關Sox2，上皮標志基因MUC1，EPCAM等也在三維腫瘤團塊中顯著表達。

該研究是張學記教授發(fā)起創(chuàng)建的北京科技大學精準醫(yī)療與健康研究院在微流控和掃描電化學顯微鏡領域結(jié)合的又一突破性進展，為今后腫瘤細胞SECM成像研究和下游精準的基因調(diào)控分析架構(gòu)了新的橋連。趙亮博士表示：“利用SECM無標記成像技術(shù)進行生物醫(yī)學領域的探索一直是當前分析化學領域的熱點，而微流控技術(shù)可以為SECM進一步助力，從而使整個細胞成像研究流程變得更為通暢，產(chǎn)生更多有價值的信息，譬如無縫地銜接下游的大規(guī)?；虮磉_分析?！?/p>