芝加哥大学（University of Chicago）分子工程系的研究人员开发出一款新型“芯片实验室”，能够在一周时间内检测数千个单独的活细胞，如果在实验室中进行则需要花100万个步骤才能完成。
这款信用卡大小的微流控装置不仅节省了时间和成本，还能够帮助我们了解单个干细胞对不同分子和环境的反应。
当研究人员检查设备上的神经干细胞并进行数据分析时，他们发现了几个新规则，这些规则决定了导致细胞分化或自我更新所需的时间和信号序列。该发现有可能对理解大脑发育或对用免疫疗法治疗的患者产生影响。
该研究成果于4月3日刊载在《科学》综合类子刊《科学进展》（Science Advances）杂志上，论文主要作者兼副教授Savas Tay表示，“我们希望开发出一款微流控装置，能够以自动化、高通量的方式，对单个细胞进行分选、成像和培养。我们实现了这一目标，现在我们能够了解到干细胞是如何做决定的，这是非常令人兴奋的。”
开发出一种研究细胞的新方法
我们体内的细胞会不断响应不同的信号和环境变化。例如，在干细胞中，不同时间点接收到的信号决定了该细胞如何选择它将发育成什么样的细胞。一个信号可能导致干细胞分化成另一个细胞，而另一个信号则可能导致它保持其形态。
研究人员目前无法在体内单个细胞上研究这些信号分子。这类分析可以通过实验室中昂贵且耗时的实验完成，但是它们终究无法测试所有可能的结果。
具有微腔、微通道和微阀的微流控装置为研究人员提供了一种更快速、自动化的方法来研究细胞中的反应。但是这些装置提供的腔室数量有限，意味着研究人员只能用单个细胞测试一定数量的情况，并且无法使细胞保持长期活性以进行长时间研究。
找到一种可以使“娇气”的细胞存活的方法
Tay和他的合作者试图改变上述状况。他们设计了一款远高于同类产品拥有1500个自动化腔室的微流控装置，其它同类装置的腔室一般小于100个。该装置还可以进行若干任务，如细胞刺激、培养、成像和分选，这些任务之前都需要在单独的装置中进行。它可以以不同的模式培养细胞，意味着它可以同时检测不同类型的细胞。
并且，由于采用了将培养基扩散到细胞培养物中的新技术，该装置可以使细胞活性保持得更长久。通常，为了保持细胞活性，研究人员必须每隔几个小时更换一次维持细胞生存的培养基。这种变化会震动到细胞，经过几次冲击后，细胞就会死亡。研究人员的新技术将介质扩散到细胞室内，这是一种不会对细胞产生冲击的更为温和的过程。
在该装置的首次实验中，研究人员研究了不同的信号分子如何影响小鼠神经干细胞。该实验产生了数百万个数据点，因此Tay与芝加哥大学医学和遗传学系的教授Andrey Rzhetsky合作，对大数据集进行了机器学习分析。
他们发现某些信号组合会协同合作以导致细胞分化，而其他分子则会停止这一过程。时间对信号而言也至关重要。研究人员发现，如果在正确的时间输送分子，它可以改变干细胞从分化到自我更新的进程。
Tay解释道，“信号的某些顺序是高度优化的，并且信号的确切时间也非常重要。以前没有办法动态监测这些细胞，因此找到并理解其中的原理是非常令人兴奋的。”
接下来，研究人员希望利用该装置研究类器官——来源于干细胞的组织培养物，将它们像微小的器官一样组织起来。
最终，像这样的装置可用于免疫疗法等领域，患者自身的免疫系统受到刺激后能够有助于对抗疾病。患者的干细胞可以被移除，将其置于微流控装置中并给予正确的分子组合，将它们培养成某种特定的谱系，然后将其放回体内。
Tay表示，“我们希望将该装置用于解决细胞生物学中的各种问题。”
论文其他作者包括Tay实验室的前博士后研究员Ce Zhang和Hsiung-Lin Tu，Rzhetsky实验室的博士后研究员Gengjie Jia，以及巴塞尔大学（University of Basel）的Verdon Taylor和Tanzila Mukhtar。(生物谷Bioon.com）
