Was ist Einzelzellanalyse?
Früher ging man davon aus, dass Zellpopulationen homogen sind, doch die jüngsten Fortschritte in der Genomanalysetechnik haben gezeigt, dass einzelne Zellen heterogen sein können, selbst innerhalb derselben Zellpopulation, wenn sie getrennt und analysiert werden.
Die herkömmliche genetische Analyse auf der Grundlage von Zellpopulationen basiert auf dem Durchschnittswert der Zellpopulation und berücksichtigt nicht die charakteristischen Daten der einzelnen Zellen. Durch die Analyse einzelner Zellen können die Eigenschaften einzelner Zellen erfasst werden, was zu Anwendungen in der Krebsforschung, der Immunologie und der Arzneimittelforschung führt, z. B. bei der Untersuchung der zellulären Reaktionen nach der Verabreichung von Arzneimitteln.
Verfahren zur Auftrennung von Zellen in Einzelzellen
Die Auftrennung einzelner Zellen kann durch manuelle Entnahme von Zellen erfolgen, aber der Durchsatz ist gering. Um einen hohen Durchsatz zu erzielen, wurde die Mikrofluidik eingesetzt, um Zellen in Kammern zu fangen, die nur eine Zelle enthalten. Die Anzahl der Zellen, die gefangen werden können, ist jedoch durch die Fläche der Platte begrenzt, die zur Herstellung der Falle verwendet wird, und die maximale Anzahl der verarbeiteten Zellen liegt bei mehreren hundert. Um die Anzahl der in einer einzigen Zelle verarbeiteten Zellen weiter zu erhöhen, haben sich in den letzten Jahren Zellseparationssysteme auf Tröpfchenbasis durchgesetzt.
Bei der tröpfchenbasierten Zellseparation wird fluoriertes Öl als kontinuierliche Phase und Hydrogel oder Lysepuffer als dispergierte Phase verwendet, wobei Tausende von Tröpfchen pro Sekunde entstehen und eine einzelne Zelle darin eingekapselt wird.
Wenn sie in Hydrogel eingekapselt sind, dienen sie als Vorbehandlung für 3D-Kulturen, zelluläre Reaktionen und FACS; wenn sie durch Kopplung von Zellen mit speziellen Barcode-Perlen zur Erfassung von mRNA eingekapselt werden, dienen sie als Vorbehandlung für Genexpressionsanalysen.
Tröpfchenbasiertes Prinzip zur Trennung von Zellen in Einzelzellen
Mit einer Verbindungsspitze werden Tröpfchen erzeugt, indem Zellsuspension, Zelllysat und fluoriertes Öl als kontinuierliche Phase in einen mikrofluidischen Kanal gepumpt werden. Die Zellsuspension und das Lysat werden unmittelbar vor der Verkapselung im Tröpfchen gemischt, so dass die Zellen im Tröpfchen lysiert werden.