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1、细胞芯片的研究进展作者：顾军,刘作易,张春秀,唐祖明,陆祖宏【关键词】生物芯片;,细胞芯片;,细胞免疫芯片;,细胞检测[关键词]生物芯片;细胞芯片;细胞免疫芯片;细胞检测细胞芯片技术是以活细胞作为研究对象的一种生物芯片技术。它是适应后基因组时代人类对生命科学探索的要求而产生的。作为细胞研究领域的一种新技术,其既保持传统的细胞研究方法的优点如原位检测等,又满足了高通量获取活细胞信息等方面的要求。本文中扼要介绍细胞芯片的概念以及几种已报道的细胞芯片,并对细胞免疫芯片进行了简述。 1细胞芯片概念生物芯片技术系指先将大量探
2、针分子固定于支持物上,然后与标记的样品分子进行杂交,通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息,以实现对细胞、蛋白质、基因及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。细胞作为生物有机体结构和功能的基本单位,其生物学功能容量巨大。利用生物芯片技术研究细胞,在细胞的代谢机制、细胞内生物电化学信号识别传导机制、细胞内各种复合组件控制以及细胞内环境的稳定等方面,都具有其它传统方法无法比拟的优越性。目前,细胞芯片在国内外已有报道,一般指的是充分运用显微技术或纳米技术,利用一系列几何学、力学、电磁学等原理
3、,在芯片上完成对细胞的捕获、固定、平衡、运输、刺激及培养等精确控制,并通过微型化的化学分析方法,实现对细胞样品的高通量、多参数、连续原位信号检测和细胞组分的理化分析等研究目的。新型的细胞芯片应满足以下3个方面的功能:①在芯片上实现对细胞的精确控制与运输;②在芯片上完成对细胞的特征化修饰;③在芯片上实现细胞与内外环境的交流和联系[1]。 2细胞芯片的特点基于细胞芯片的研究分析是一种具有较高通量的技术,以细胞作为实验平台的细胞芯片至少具有以下3个方面的特点:①在芯片上实现对活细胞的原位监测,可以多参数高通量的直接获得与
4、细胞相关的大量功能信息,这是细胞芯片最重要的特点;②通过活细胞分析,获得细胞相关的分析信息;③利用显微技术和纳米技术能精确的控制细胞内的生物化学环境,以细胞作为化学反应的纳米反应器,便于详细的研究揭示细胞内一系列过程和原理的本质[1]。 3细胞芯片的分类和应用.1整合的微流体细胞芯片(anintegratedmicrofluidicsystem)整合的微流体细胞芯片是一种高度平行化、自动化的集成微型芯片装置,对细胞样品具有预处理和分析的能力,又称微全分析系统[1]。通过在芯片上构建各种微流路通道体系,并运用不同的方
5、法在流体通道体系中准确控制细胞的传输、平衡与定位,进而实现对细胞样品进行药物刺激等实验过程的原位监测和细胞组分的分析等研究。Larry等[2]在芯片上设计了一种具有三维流动控制概念的装置,该装置包含一条流体通道和一个中心伸展的V型屏障,屏障以具有斜坡的一面对应于流体通道。屏障斜坡是细胞平衡、固定的关键结构,细胞的平衡、固定是通过控制流体通道中试剂流体的流动速度、斜坡对细胞的支持力和细胞向下的重力相互作用完成的。他们在该装置上实现了单个酵母细胞的培养、去除胞壁、扫描、梯度药物浓度刺激和细胞荧光测量等研究。Yang等[3
6、]在芯片上设计了一种并行于流体通道的带有“码头”的“坝”结构,该流路和“坝”的作用类似于Larry等设计的V型屏障和流路,通过网状流体通路和“坝”的长短分配药剂流,产生药剂的浓度梯度。他们选择了Ca2+吸收呈ATP依赖型的HL60细胞作为模型,检测了诱导显著的细胞内Ca2+信号行为的ATP浓度阈值,利用细胞芯片原位监测细胞对系列药物浓度梯度刺激的胞内应答行为。瑞典兰德大学神经生理学院的Davidsson等[4]选用HeLa细胞作为模式细胞,在芯片上监测细胞内已报道的基因活性并检测了这些基因表达的条件,以减少基因的不确
7、定表达。Munce等[5]在芯片上进行了单细胞毛细管电泳分离,他们在芯片上构建多重并联的毛细管通道,以满足高通量分析和避免分离样品交叉污染的需求。此外,还有在芯片上同时构建流路和分离、排列、定位细胞所需空间的微孔或沟槽等结构的芯片类型,用于细胞的多参数检测筛选。整合的微流体细胞芯片制作方法多样,类型不一,发展较快,应用的范围也比较广泛,内容涉及细胞的固定培养、鉴定筛选、分化刺激、原位检测、药物开发筛选和组分分析等各个方面。.2微量电穿孔细胞芯片(microelectroporationcellchip)当给细胞一定的
8、阈电压时,细胞膜具有短暂的强渗透性。利用细胞膜的这种特性将外源DNA、RNA、蛋白质、多肽、氨基酸和药物试剂等精确的转导入靶细胞的技术称为电穿孔技术。该技术能直接应用于基因治疗。微量电穿孔细胞芯片正是将这种技术与生物芯片技术相结合的产物,是细胞操作调控微型化的一种手段。该技术采用一种微型装置,将细胞与芯片上的电子集成电路相结合,利用细胞膜微孔的
