最近，美國麻省理工學(xué)院（MIT）發(fā)明的一種新技術(shù)，可以同時精確地測量許多單細(xì)胞的生長。這一進(jìn)展有望帶來快速的藥物測試，對“更大細(xì)胞群體中單個細(xì)胞之間的生長差異”提供了新的見解，并有助于跟蹤不斷變化的環(huán)境條件下的細(xì)胞動態(tài)生長。這一技術(shù)發(fā)表在《Nature Biotechnology》雜志。

這種技術(shù)利用大量的懸浮微孔道諧振器（SMR）——一種微流控裝置，可測量流經(jīng)微孔道的大多數(shù)細(xì)胞。一種新的設(shè)計使該設(shè)備的通量增加了近兩個數(shù)量級，同時保持精確度。2012年，他們在之前研發(fā)的一個微流控設(shè)備（暫停通道諧振器SMR，用來檢測細(xì)胞的重量）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大規(guī)模改動，將其用于細(xì)胞周期檢測，可以分析單個細(xì)胞在經(jīng)過100小時生長后多代的情況。在今年1月份，他們通過將復(fù)雜的RNA測序技術(shù)與分離單個細(xì)胞及其后代的新裝置相結(jié)合，可追蹤來自一個“祖先”的幾代細(xì)胞的詳細(xì)譜系。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Communications》。

在這項新的研究中，研究人員使用該設(shè)備來觀察抗生素和抗菌肽對細(xì)菌的影響，并指出細(xì)胞群體中單個細(xì)胞的生長變化，這具有重要的臨床應(yīng)用價值。例如，生長較慢的細(xì)菌有時會對抗生素產(chǎn)生耐藥性，并可能導(dǎo)致復(fù)發(fā)性的感染。

麻省理工學(xué)院生物工程和機(jī)械工程系教授Manalis表示：“該設(shè)備對于細(xì)胞如何生長并對藥物產(chǎn)生反應(yīng)，提供了新的見解。”該論文的第一作者是Nathan Cermak——最近從麻省理工學(xué)院計算和系統(tǒng)生物學(xué)項目畢業(yè)的博士生，和Selim Olcum——Koch研究所的科學(xué)家。其他13名共同作者來自于Koch研究所、MIT微系統(tǒng)技術(shù)實驗室、Dana-Farber癌癥研究所、Innovative Micro Technology和CEA LETI。

Manalis和他的同事們在2007年首次開發(fā)了SMR，后來推出了多種創(chuàng)新用于不同的目的，包括隨時間的推移跟蹤單個細(xì)胞的生長、測量細(xì)胞密度、稱量細(xì)胞分泌的囊泡，就在最近，測量不斷變化的營養(yǎng)條件下細(xì)胞的短期生長反應(yīng)。

所有這些技術(shù)都依賴于一個關(guān)鍵的方案：一條充滿液體的微通道，被蝕刻在一個微小的硅懸臂梁傳感器上，它在一個真空腔中震動。當(dāng)一個細(xì)胞進(jìn)入懸臂梁時，它會稍微改變傳感器的振動頻率，這個信號可以用來確定細(xì)胞的重量。它們就像稱重站，當(dāng)每個細(xì)胞流經(jīng)這個郵票大小的設(shè)備時，它會記錄每個細(xì)胞的質(zhì)量。在每個傳感器之間是彎曲的“延遲通道”，每一個長度約五厘米，細(xì)胞流經(jīng)它的時間約為兩分鐘，從而使它們在到達(dá)下一個傳感器之前有時間生長。當(dāng)一個細(xì)胞退出一個傳感器時，另一個細(xì)胞可以進(jìn)入，從而增加了設(shè)備的吞吐量。這些結(jié)果顯示了每個傳感器上的每一個細(xì)胞的質(zhì)量，將它們生長或縮小的程度用圖形繪制出來。

傳統(tǒng)的抗生素測試需要培養(yǎng)細(xì)菌，這可能需要一天或更多的時間。使用這種新的設(shè)備，在一個小時內(nèi)，研究人員就能記錄下細(xì)胞積累質(zhì)量的變化率。記錄時間減少，是測試藥物對抗臨床細(xì)菌感染的關(guān)鍵，Manalis說：“在某些情況下，有一個快速檢測法用于選擇抗生素，可使患者生存率帶來重大的變化。”