人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (hiPSC) 是一類通過(guò)基因編輯技術(shù)（如 CRISPR-Cas9）對(duì)已經(jīng)高度分化的人體細(xì)胞重新逆分化得到的多能性干細(xì)胞。hiPSC的出現(xiàn)為科學(xué)家構(gòu)建復(fù)雜的疾病模型和推進(jìn)藥物發(fā)現(xiàn)提供了有利的工具。
然而，傳統(tǒng)的hiPSC細(xì)胞系的構(gòu)建與培養(yǎng)過(guò)程往往操作復(fù)雜且耗時(shí)耗力。特別是從異質(zhì)編輯細(xì)胞池中構(gòu)建的克隆hiPSC系的培養(yǎng)受到了傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)方法的桎梏，很難構(gòu)建一個(gè)高效的hiPSC構(gòu)建與培養(yǎng)工作流程。此外，現(xiàn)有的單細(xì)胞分離和培養(yǎng)方法通常對(duì)細(xì)胞的處理?xiàng)l件苛刻，操作步驟繁瑣，不能充分保證單克隆性。
為應(yīng)對(duì)hiPSC細(xì)胞系構(gòu)建與培養(yǎng)過(guò)程中的諸多挑戰(zhàn)，IotaSicences公司采用了以GRID技術(shù)為核心的高度自動(dòng)化的單細(xì)胞可視化分選培養(yǎng)系統(tǒng)isoCell來(lái)構(gòu)建 hiPSC系的分選與培養(yǎng)平臺(tái)，并在不同培養(yǎng)基條件下對(duì)hiPSC進(jìn)行了單細(xì)胞分選與培養(yǎng)研究。
圖1 單細(xì)胞可視化分選培養(yǎng)系統(tǒng)isoCell實(shí)物圖
以isoCell為核心的hiPSC細(xì)胞分選與培養(yǎng)平臺(tái)
isoCell是一款基于GRID技術(shù)的高度自動(dòng)化細(xì)胞分選與培養(yǎng)平臺(tái)。GRID是指在細(xì)胞培養(yǎng)基上采用FC40液體分隔出的網(wǎng)格小室，體積小，光學(xué)透明度高，可以容納細(xì)胞在內(nèi)生長(zhǎng)，且各個(gè)小室之間物質(zhì)不流通。isoCell系統(tǒng)配備了熒光和成像系統(tǒng)，用于在整個(gè)克隆工作流程中記錄 GRID 小室的圖像（見下圖）。isoCell 可自動(dòng)執(zhí)行所有液體處理步驟，包括構(gòu)建 GRID、將單細(xì)胞注射到GRID小室中以及交換培養(yǎng)基和收獲單克隆集落。并且，isoCell可在整個(gè)工作流程中自動(dòng)檢測(cè)每一個(gè) GRID 小室，并確保每一個(gè)單克隆hiPSC細(xì)胞系來(lái)源于單個(gè)細(xì)胞。
圖2 GRID實(shí)物圖
材料與方法
在分別鋪了Laminin-521、Vitronectin-N和iMatrix 細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)的60毫米培養(yǎng)皿上制備的GRID網(wǎng)格以待使用。制備hiPSC的單細(xì)胞懸浮液，并使用 isoCell全自動(dòng)地將細(xì)胞鋪在GRID上（種植）。 使用isoCell自帶的顯微鏡鑒定每個(gè)GRID室并標(biāo)記每個(gè)包含單個(gè)細(xì)胞（第 0 天）的室，將該培養(yǎng)皿放入培養(yǎng)箱培養(yǎng)。在第3天，將標(biāo)記的含有單個(gè)細(xì)胞的GRID小室加滿600 nl培養(yǎng)基。從第5天開始，每天觀察標(biāo)記單細(xì)胞的GRID小室，并對(duì)選中的GRID小室補(bǔ)充培養(yǎng)基。最后，使用isoCell觀察并標(biāo)記構(gòu)成了hiPSC單細(xì)胞群落的GRID小室，使用isoCell全自動(dòng)收獲標(biāo)記的GRID小室中的hiPSC細(xì)胞（通常在 6-8 天之間）。
圖3 以isoCell為核心的hiPSC細(xì)胞分選與培養(yǎng)平臺(tái)工作流程圖
高效的hiPSCS細(xì)胞分選與培養(yǎng)平臺(tái)
按照上述的工作流程，利用三種不同的培養(yǎng)基質(zhì)（包括 VTN-N、LMN-521 和 iMatrix）構(gòu)建并培養(yǎng)了兩個(gè)獨(dú)立的hiPSC細(xì)胞系，并評(píng)估所得細(xì)胞的克隆效率。如圖4所示，兩個(gè)不同的hiPSC測(cè)試系在不同培養(yǎng)基質(zhì)條件下，均在GRID室中顯示出非常高的克隆效率，這表明采用GRID小室低容量培養(yǎng)方法和細(xì)胞的自動(dòng)化溫和處理可產(chǎn)生非常適合單細(xì)胞高效生長(zhǎng)的培養(yǎng)環(huán)境。
圖4 GRID中的單細(xì)胞 hiPSC 克隆效率
（克隆效率表示培養(yǎng)第5天時(shí)單細(xì)胞長(zhǎng)成細(xì)胞群落數(shù)占第0天單細(xì)胞數(shù)的百分比）
結(jié)論
以isoCell構(gòu)建的hiPSC細(xì)胞分選與培養(yǎng)平臺(tái)可以對(duì)hiPSC細(xì)胞進(jìn)行全自動(dòng)化且溫和地單細(xì)胞分選與培養(yǎng)。通過(guò)isoCell特殊的GRID小室網(wǎng)格技術(shù)與可視化分選相結(jié)合，可以確保每一個(gè)單克隆hiPSC細(xì)胞系均來(lái)自單個(gè)細(xì)胞，且isoCell的分選與培養(yǎng)條件溫和，hiPSC單克隆細(xì)胞系成活率高。
單細(xì)胞可視化分選系統(tǒng)isoCell的優(yōu)勢(shì)：
- 全自動(dòng)化流程
- 操作條件溫和，對(duì)單細(xì)胞無(wú)損傷
- 全培養(yǎng)、分析流程可追蹤
- 單細(xì)胞分離效率高達(dá)100%
- 單克隆細(xì)胞系構(gòu)建成活率高
- 直接轉(zhuǎn)移到PCR管或96孔板
- 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小
單細(xì)胞可視化分選培養(yǎng)系統(tǒng)-isoCell已在Cell、Advanced Science、Small Methods、Nature Communications等著名期刊發(fā)表多篇文章，如下摘引了近年五篇具有代表性的文獻(xiàn)和大家分享。
Soitu C, Stovall‐Kurtz N, Deroy C, et al. Jet‐Printing Microfluidic Devices on Demand[J]. Advanced Science, 2020, 7(23): 2001854.
Gangoso E, Southgate B, Bradley L, et al. Glioblastomas acquire myeloid-affiliated transcriptional programs via epigenetic immunoediting to elicit immune evasion[J]. Cell, 2021, 184(9): 2454-2470. e26.
Deroy C, Nebuloni F, Cook P R, et al. Microfluidics on Standard Petri Dishes for Bioscientists[J]. Small Methods, 2021, 5(11): 2100724.
Deroy C, Wheeler J H R, Rumianek A N, et al. Reconfigurable microfluidic circuits for isolating and retrieving cells of interest[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, 14(22): 25209-25219.
Oliveira N M, Wheeler J H R, Deroy C, et al. Suicidal chemotaxis in bacteria[J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 7608.
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路易莎·埃姆斯，研究科學(xué)家：
The Native Antigen Company（LGC 臨床診斷集團(tuán)旗下公司）
“使用 isoCell 進(jìn)行單細(xì)胞克隆工作從一開始就簡(jiǎn)單可靠，并且已無(wú)縫地融入我們的流程中。 該程序?qū)?xì)胞很溫和，我們看到非常好的存活率，可以篩選大量克隆。 我們收到的客戶服務(wù)是優(yōu)質(zhì)的。"
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