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谱系节点细胞在再生医学中的应用前景广阔，但基于传统人为操作获取谱系细胞单克隆的方法需要消耗大量时间和劳动力，获取效率通常较低，且无法以无标记、无酶活反应参与、非侵入式的方式获取谱系细胞单克隆。此外，利用微流控技术可以提高谱系细胞收获效率，但这一方法无法获得基于谱系特异性的细胞单克隆。因此，发展能够高效富集谱系细胞单克隆的自动化整机技术十分重要。由于细胞-细胞/细胞-基质之间的粘附力变化是谱系细胞命运变化中的关键环节之一，通过调节流体剪切力大小可以实现以无标记、无酶活反应参与、非侵入式的方式分离/选择具有不同粘附特性的谱系细胞单克隆，因此这一策略可应用于基于细胞类型特异性的单克隆工程化获取。近日，澳门赌场广州生物医药与健康研究院研究员张骁团队提出基于结构微流体创新的谱系细胞单克隆自动化获取策略，以无标记、无酶活反应参与、非侵入式的方式，在体细胞重编程过程出现的复杂谱系中实现对特定谱系的单克隆性细胞的自动化获取，研发出基于结构微流体的细胞单克隆获取整机技术。该策略被部署于广州健康院自主研发的自动化干细胞诱导培养装备，提高了人诱导多能干细胞（hiPSCs）单克隆的获取效率与纯度，提升了系统鲁棒性以及缩短了体细胞重编程后持续纯化hiPSCs的建系周期。相关研究成果以Selecting Monoclonal Cell Lineages from Somatic Reprogramming Using Robotic-Based Spatial-Restricting Structured Flow为题，在线发表在Research上。该研究通过分析不同体细胞重编程过程中细胞粘附分子的表达水平变化情况发现，细胞多能性基因的表达水平与Integrin家族基因的表达量呈负相关性，与Cadherin家族基因的表达量呈正相关性。由于Integrins是细胞与细胞外基质（ECM）相互作用的关键粘附分子，而Cadherins是细胞与细胞之间相互连接的重要分子，这意味着体细胞重编程转变成多能干细胞这一谱系命运变化过程中，细胞与ECM的连接可能会减弱，而细胞与细胞之间的连接可能会增强。为了证明这个假设，研究人员通过设计平行平板流动腔实验和免疫荧光实验来进行验证。实验结果与预期假设相一致，平行平板流动腔实验初步证明了流体剪切力有望成为分离/选择特定类型粘附细胞的技术路径。进一步，该研究基于流体动力学原理设计了可以产生局部结构微流体的细胞获取微型挑针结构（PTMS），克服了流场效果与多曲面加工实现的难题，基于PTMS产生的结构微流体（PTMS-FLOW）实现了对基于空间限位谱系细胞的特异性挑取。此外，研究证明了PTMS-FLOW可根据流速变化在Z轴-h0的为常量条件下，应对不同细胞类型的粘附力差异，实现以无标记、无酶活反应参与、非侵入式和非接触的方式对不同谱系细胞进行特异性选择。该研究证明了结构微流体是分离/选择特定谱系类型粘附细胞的可自动化技术路径，为后续研究谱系细胞单克隆的自动化获取奠定了理论基础。为了将上述策略应用于对体细胞重编程过程中特定谱系的细胞的自动化获取，研究团队结合细胞光学成像和自适应算法，实现精准操控微结构的功能底部与细胞单克隆之间的Z轴间距和水平位移，确保精准操控PTMS-FLOW作用于单克隆性的谱系细胞，以实现在体细胞重编程过程出现的复杂谱系中快速获取hiPSCs细胞单克隆的目标。此外，团队借助自动化整机技术的精确流体操控能力，设计了一种双挑模式，通过使用两次不同强度的剪切流体，分别获取不同类型粘附特性的谱系细胞，实现了对特定空间位置的hiPSCs谱系细胞单克隆的特异性选择，有望为下游hiPSCs实现特异性扩增提供纯化能力。研究工作得到澳门赌场和广州市科技计划项目等的支持。论文链接