SLAS2013分會：微納米技術探索生物系統

　　2013年6月6日，實驗室自動化與篩選協會2013亞洲會展在上海金茂君悅大酒店盛大開幕，國內外知名藥企、生物醫學研究專家、學者等應邀參會。“微納米技術探索生物系統”分論壇于6月6日下午在B廳舉行，由中國科學院化學研究所有機固體院重點實驗室研究員王樹濤博士、上海交通大學教授施奇惠博士、清華大學醫學院生物醫學工程系研究員劉鵬博士和廈門大學化學生物學系教授楊朝勇博士作精彩演說。

　　本論壇主題是微納米技術探索生物系統。微米和納米技術極大地推動了生命科學的發展進程，同時，生命科學領域的新發現也為微納米材料和微納技術的發展提供了廣闊的應用空間。本分會著重關注基于新型微納米材料和微流控技術的自動化高通量篩選平臺在探索生物系統領域的研究進展。報告將關注目前十分活躍的研究領域包括循環腫瘤細胞快速檢測分選、高通量單分子、單細胞分析新方法，以及在腫瘤相關基因和蛋白等分子診斷中的應用。

中國科學院化學研究所有機固體院重點實驗室研究員王樹濤博士

　　首先，由中國科學院化學研究所有機固體院重點實驗室研究員王樹濤博士作《生物納米界面及其癌癥檢測應用》精彩報告。

　　循環腫瘤細胞（CTCs）已經成為了一個新興的生物標志物監測癌癥的轉移和預后手段。雖然現有隔離/技術CTCs技術、最常見的免疫磁珠，但都受限于低捕捉效率和低特異性。通過引入三維納米基質，具體地說，硅納米線的硅納米線陣列涂有抗EpCAM，可以捕捉具有更高效率和特異性的CTCs。傳統的方法依賴于生物分子隔離CTCs，如抗原-抗體相互作用的生物分子。王樹濤博士在這里提出，納米級的本地生物分子識別地形相互作用，除了靈感來自天然免疫識別系統。CTCs和基質之間的物理和化學協同效應導致增加CTCs的結合，大大提高捕捉效率。王樹濤博士指出最近開發了一種三維細胞捕捉/釋放系統觸發的適體酶，有效而無損傷捕捉和釋放癌癥細胞。細胞捕捉和釋放的仿生界面開啟了稀有細胞基礎診斷，如CTCs、胎兒細胞、干細胞等。

上海交通大學教授施奇惠博士

　　《單細胞蛋白組芯片在生物醫學及臨床診斷中的應用》這一演講報告由上海交通大學教授施奇惠博士帶來。

　　在生物學的進展已經使研究人員定義疾病在分子水平和視圖疾病為微擾（基因或緩解）網絡正常編程信息模式的問題結果。新的生物技術的承諾，來分析網絡的交替與定量測定生物標志物（基因，蛋白質和代謝物），少量的病人的血液或組織樣本，指導疾病早期識別和個性化的治療特定疾病。蛋白質，作為直接執行生命功能的分子機器，是迄今為止最大的臨床意義的診斷目標。施奇惠博士稱我們已經開發了自動的，基于微單細胞蛋白質組芯片（SCPCs）定量分析幾十多個單一腫瘤或免疫細胞中的信號轉導通路相關的蛋白質。多重蛋白精確測量測量單細胞能力依賴于微型的、芯片上基于DNA編碼抗體庫（DEAL）技術的高密度DNA編碼抗體微陣列。單細胞蛋白質組學分析揭示大量的獨特傳統技術的基礎上集成看似相似的細胞，包括細胞特異性，不同蛋白質之間相互關系的不容易披露的疾病機制的相關信息，蛋白質的熱力學穩定性影響外部擾動和一定微環境內的細胞間相互作用。因此，高吞吐量的單細胞蛋白質組學定量分析測量能夠提供高靈敏度和低成本的方法來定量分析大蛋白質生物標志物（例如血液蛋白和信號轉到網絡相關的細胞內蛋白），為早期疾病鑒定、患者分層和個性化治療的生物標志物的選擇提供參考。

清華大學醫學院生物醫學工程系研究員 劉鵬博士

　　來自清華大學醫學院生物醫學工程系的劉鵬博士介紹了《用于高效基因分析的集成式微系統》。

　　由于基因組相關研究項目的驅動，集成式微系統促進各種基因遺傳分析方面得到了迅速的發展，一種用來鑒別人類身份的集成式微系統已經開發出來，包括了序列特異性的DNA模板的純化，聚合酶鏈反應（PCR），擴增后的清理和毛細管電泳（CE）。片段基因組DNA與生物素標記捕獲的寡核苷酸雜交，然后通過目標DNA被獲取的微通道中固定化鏈霉抗生物素涂覆的流化床進行輸送，然后這些片段轉移到250nLPCR反應器中進行常染色體STR擴增。擴增后的產物通過鏈霉親和素修飾的捕獲凝膠進行電泳純化而濃縮和純化。熱釋放樣品加入到毛細管柱中進行電泳分離和檢測，口腔樣品用這種微系統成功的進行了分析，這種輸入傳出的集成式微系統在快速和靈敏方面有著非常的優勢，是一個可靠的人類鑒定的分析系統。基于這樣的成就，我們目前也正在開發便攜式微系統進行目標DNA測序，這也將會成功的應用在個性化醫療診斷和治療中。

　　本次分會的最后一個報告題目為《超高通量瓊脂糖液滴微流控單分子PCR及其在生物分析與生物工程中的應用》。

　　 細胞的克隆和PCR，是單個DNA分子形成同種DNA分子群體的兩種方法，這也是20世紀最重要的生物技術的發展。以細胞為基礎的克隆這種方法，能從個體分子增長至整個群體。當需要獨立的產品時，為了避免繁瑣和冗長的細胞培養過程，PCR為基礎的方法就要求個體空間都有單獨的模板。乳液PCR（ePCR）可以通過縮小空間來克服這個缺點從而使數以百萬計的模板在單獨的管子里進行獨立的放大。然而，傳統的ePCR方法是有限的，因為液滴尺寸的大幅度變化而導致低效率和長鏈DNA片段擴增的不均勻性，更重要的是，從液滴中回收DNA產品是非常難的。為了解決這些問題，我們開發了一種瓊脂糖滴微流控EPCR方法可以進行平行的、均勻的、高效的DNA克隆。我們的方法就是利用微流控芯片的性能從而迅速形成單分散的液滴和瓊脂糖獨特的熱敏開關特性，微型瓊脂糖發生器產生均勻的皮升瓊脂糖凝膠乳液液滴進行基因組分析已經被開發和評估，然后在瓊脂糖溶液液滴中有效的進行PCR擴增，擴增后形成微珠可以用來捕獲和維持每個液滴的單克隆性。我們的研究結果表明單拷貝DNA能夠在瓊脂糖液滴中進行有效的擴增并且產生的單克隆微珠在下游工藝能方便的操縱。此外還介紹了瓊脂糖液滴微流控ePCR的一些關鍵功能，及其方法的一些應用包括單細胞基因表達的研究、罕見突變的檢測以及高通量篩選。