多功能单细胞显微操作系统FluidFM BOT的原理与应用介绍

发布日期：2020-11-24

本文转载自：北大生科院仪器中心

瑞士Cytosurge AG公司的多功能单细胞显微操作系统FluidFM BOT，是将原子力系统、微流控系统、细胞培养系统合为一体的单细胞操作系统，采用不同孔径的微型纳米注射器，可实现单细胞注射（Injection）、活细胞内物质提取（Extraction）、单细胞分离（Isolation）、粘附力测定（Adhesion）、纳米打印(Nano-printing)等多种功能，全程机械臂操纵，将污染风险和人为误差降到低，提高工作效率与实验可重复性，具有高度自动化、操作速度快与操作精确度高等特点，能够在单细胞水平上为研究者提供的便利，可应用于单细胞质谱、单细胞力谱、单细胞基因编辑、细胞系构建、药物研发、精准医疗等领域。

北京大学生命科学学院公共仪器中心的多功能单细胞显微操作系统FluidFM BOT，是国内首套多功能单细胞显微操作系统，于2020年9月顺利安装于金光楼126室并开始试运行，由公共仪器中心覃思颖老师负责接样测试与维护管理。目前本中心的FluidFM BOT系统已成功应用于单细胞注射与物质提取（小鼠体外培养原代海马神经元、昆虫叶蝉细胞、MDA-MB-231细胞等）、单细胞分离（植物细胞原生质体、U2OS细胞等）与粘附力测定（细菌侵染细胞时细菌的粘附力、血管内皮细胞对不同基底的粘附力等）等多方面科研需求。

以下是多功能单细胞显微操作系统FluidFM BOT的多个功能应用与实例介绍。

FluidFM BOT结合原子力系统、微流控系统于一体

（https://doi.org/10.1021/nl901384x）

FluidFM BOT功能应用

单细胞注射实例

FluidFM BOT可以将多种不同类型的可溶性物质精准注入细胞核或细胞质中，可量化注射体积（fL级别），可实现批量注射（每小时注射超过100个细胞），尤其适用于使用传统方法极难转染的细胞，且对细胞几乎没有损伤。

CHO细胞的Lucifier Yellow染料注射

C57小鼠体外培养原代海马神经元DIV7的Dextran染料注射（北大生科院数据）

活细胞内物质提取实例

FluidFM BOT系统的活细胞内物质提取功能十分温和，可直接用微型纳米注射器吸取活细胞的细胞质或细胞核中的物质，无需经过化学或生物学手段进行破膜处理，不会产生裂解的细胞碎片，不会对内部细胞器造成任何破坏，可用于电镜成像、酶活检测、核酸表达检测、代谢组学、基因测序等多方面研究。

活细胞提取物可结合电镜观察、酶活测定、转录检测等分析手段

（http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.06.025）

HeLa细胞的细胞质物质提取

单细胞分离实例

FluidFM BOT可进行无损细胞分离，对于悬浮细胞，可将细胞吸取并转移释放即可。对于贴壁细胞，可在探针的样品池中加入消化液如胰酶，对指定位置的细胞进行消化，然后再进行吸取与转移释放。FluidFM BOT实现的单细胞分离存活率很高，结合单细胞注射可实现快速转染细胞并建立单克隆细胞群，对于工程细胞株的建立十分有效。

植物原生质体的单细胞分离

（北大生科院数据）

贴壁细胞CHO的单细胞分离

粘附力测定实例

FluidFM BOT系统通过负压将细胞吸附在探针针孔处，对细胞的吸附力比蛋白结合更加牢固，能够直接将细胞从基底上分离。这种方法不需要激活细胞的任何信号通路，可以得到接近细胞原生的数据。不同的探针针孔直径（2、4、8um）可适用于不同大小的细胞粘附力测定，我们甚可使用孔径为300nm的探针进行更小个体的吸附与粘附力测定，目前在本中心的FluidFM BOT系统已成功应用于金黄色葡萄球菌侵染大鼠肠上皮细胞时的细菌粘附力测定（nN级别）。

不同大小的单细胞粘附力测定

（https://doi.org/10.1038/s41598-019-56898-7）

纳米打印实例

FluidFM BOT系统还是一台纳米打印设备，可以在实验器材上铺设特定的基底膜，如打印亲水或亲脂性物质，从而实现对细胞贴壁的操纵，构建不同的细胞模式，实现对细胞信号转导机制、肿瘤细胞群落迁徙、神经细胞树突或轴突形成的研究。

CMD基底打印cRGDfK的细胞贴壁生长Pattern研究

（DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b03249）

多功能单细胞显微操作系统在高性能单元的监控下，通过全自动的工作站实施操作，可确保实验的平稳、顺利的进行。探针有多种孔径规格可选，也可结合FIB技术进行探针定制，结合不同的探针可实现各式各样的应用，以上仅展现部分应用，更多的新功能有待各位老师与同学结合自己的课题需求进行探索与发掘，欢迎大家联系前来测试样品！