人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (hiPSC) 是一類通過基因編輯技術(shù)（如 CRISPR-Cas9）對已經(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)過程往往操作復(fù)雜且耗時耗力。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)方法通常對細(xì)胞的處理條件苛刻，操作步驟繁瑣，不能充分保證單克隆性。
為應(yīng)對hiPSC細(xì)胞系構(gòu)建與培養(yǎng)過程中的諸多挑戰(zhàn)，IotaSicences公司采用了以GRID技術(shù)為核心的高度自動化的單細(xì)胞可視化分選培養(yǎng)系統(tǒng)isoCell來構(gòu)建 hiPSC系的分選與培養(yǎng)平臺，并在不同培養(yǎng)基條件下對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實物圖
以isoCell為核心的hiPSC細(xì)胞分選與培養(yǎng)平臺
isoCell是一款基于GRID技術(shù)的高度自動化細(xì)胞分選與培養(yǎng)平臺。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，且各個小室之間物質(zhì)不流通。isoCell系統(tǒng)配備了熒光和成像系統(tǒng)，用于在整個克隆工作流程中記錄 GRID 小室的圖像（見下圖）。isoCell 可自動執(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可在整個工作流程中自動檢測每一個 GRID 小室，并確保每一個單克隆hiPSC細(xì)胞系來源于單個細(xì)胞。
圖2 GRID實物圖
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全自動地將細(xì)胞鋪在GRID上（種植）。 使用isoCell自帶的顯微鏡鑒定每個GRID室并標(biāo)記每個包含單個細(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)平臺工作流程圖
高效的hiPSCS細(xì)胞分選與培養(yǎng)平臺
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)了兩個獨立的hiPSC細(xì)胞系，并評估所得細(xì)胞的克隆效率。如圖4所示，兩個不同的hiPSC測試系在不同培養(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)胞的自動化溫和處理可產(chǎn)生非常適合單細(xì)胞高效生長的培養(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天時單細(xì)胞長成細(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)平臺可以對hiPSC細(xì)胞進(jìn)行全自動化且溫和地單細(xì)胞分選與培養(yǎng)。通過isoCell特有的GRID小室網(wǎng)格技術(shù)與可視化分選相結(jié)合，可以確保每一個單克隆hiPSC細(xì)胞系均來自單個細(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：
- 全自動化流程
- 操作條件溫和，對單細(xì)胞無損傷
- 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等知名期刊發(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.
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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單可靠，并且已無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?！?/p>
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