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日本On-chip 无损伤分选 无污染分选
传统的细胞分选通过Jet-in-Air方式高速分离细胞,但会对细胞产生一定的损害,对研究细胞原本的性能及特性造成很大的不便。 例如,在干细胞和神经细胞的研究中,分选后得到的细胞无法进行培养的案例时有发生。
日本On-chip生物技术有限公司针对以往传统流式分选的弊端,于2012年推出了一款对细胞无损伤,确保临床应用的无污染,可以无菌处理操作的流式细胞仪(On-Chip Sort)。 这款小型的仪器使用微流控芯片模块,利用空气压力控制,对模块内的样品流进行细胞分离,最多配置3激光6荧光。以低压对细胞进行分选,从而实现无损伤分离。对于易损伤的神经细胞,在使用此装置进行分选以后,仍然可以充分保持分化功能。另外,由于使用一次性交换型模块,各个样品间保证无污染,也无需清洗流路通道,即使长时间不使用的状态,只要拿一个新的筛选模块,就立即可以开始使用,简单方便。
其创新性和实用性On-chip Sort在2013年10月获得了东京都创新技术优胜奖。
使用一次性交换型微流控芯片模块分选
分选时对鞘液没有要求(可使用海水、培养液等)
对细胞进行无损伤分选
无污染分选(可放置在生物安全柜中)
最多可配置3激光6荧光(405nm,488nm,561nm,637nm,785nm)
操作简单,免校正光路和液流
易维护,无需清洗保养
从On-chip Flow(分析型)可直接升级为On-chip Sort(分选型)
On-chip Flow
On-chip Sort
光学系统
激光器
最多配置3激光(405nm、488nm、561nm、637nm、785nm)
检测参数
前向散射光(FSC),侧向散射光(SSC),6PMT(最多10参数)
检测灵敏度
FSC < 0.5um,SSC < 1.0um
荧光灵敏度
< 200 MESF FITC
数据分析
4个动态范围,18bit
脉冲分析
高度、面积、宽度
检测波长
FL1(445/20nm), FL2(543/22nm), FL3(591.5/43nm) FL4(607/24nm), FL5(676/37nm), FL6( >710nm)
液流系统
流动室芯片
可更换的微流控芯片
芯片材料
丙烯酸树脂
液流通道大小
80μm × 50μm
80μm × 80μm
流速
500~2000 mm/sec
500mm/sec
鞘液
含有FBS的培养基也可
样品体积
10~300ul
10~100ul
鞘液体积
1~3ml
分析和分选
分选方法
—
模块内流体推送方式
纯度
>95%(取决于细胞浓度)
得率
>80%
细胞损伤
无
交叉污染
是否无菌
压力
0.3~3PSI
0.3PSI
检测速度
4000 events/sec
分选速度
20targets/s
开机
几分钟
5min
关机
10s (清洗不是必要程序)
安全性
气溶胶产生
大小和重量
大小
(W*H*W,mm)
520*330*390
620*330*390
重量(kg)
35kg
45kg
PC和软件
PC
笔记本
OS
Windows7,64bit
数据格式
自有格式以及FCS 3.0
包括,但不限于血液中的癌细胞CTC,神经细胞,细菌的存活数量,微生物,霉菌,精子,蛋白质,淋巴腺,系统单元(乳齿的齿髓),再生细胞(iPS ES细胞)。
1. 神经干细胞无损伤分选培养再验证对比
传统分选与on-chip分选的神经细胞,经过7天的培养对比观察,on-chip分选出的神经细胞的生理特性与未分选之前保持高度一致。
2. 牙髓干细胞无损伤分选
来源于退出齿的牙髓(DPSC),牙周韧带(PDLSC),牙囊(DFSC),和根尖乳头(APSC),比骨髓干细胞(BMSC)的四种间充质干细胞,相对于骨髓干细胞来说具有更强的增殖能力和多能干性,因此是一种被证明的更适于再生医学的干细胞,通过On-chip sort分选仪获取来源于硬组织的细胞,之后移植了从撤出齿与骨髓来源的人类间质干细胞的四种干细胞。所得到的细胞仍然保持干细胞的特性,验证了on-chip对干细胞无损伤分选的应用。
3. 无以伦比的循环肿瘤细胞 CTC精确分选
On-chip分选仪因其独特的性能,可被用于细胞治疗及细胞诊断, 能够精确检测和分离循环肿瘤细胞;用on-chip对各种癌症病人超低量血液中的CTC进行分离,分选后的细胞可用于培养跟踪及优化选择的药物和分析基因变异,区别于CellSearch,isoflux等分选方式,On-chip采用CD45-阴性排除法,不依赖于EpCAM,综合CK标记 ,对 KATO-III,A549,PC-14类CTC识别及捕获,准确率分别高达93.8±5.5%,82.4±8.5%,96.0±8.5%,相对Cellsearch的74.7%,28.8%0.0%,on-chip的无损分选技术对CTC的分选精确度有了质飞跃性 。
4. 精子分选无损伤分选
用常规的流式细胞仪检测,在通过喷嘴时,精子的尾巴易缠绕,无法达到单细胞检测;而且温度的变化,精子易失活;分选时,精子头和尾方向不一致,有可能无法包裹在同一个液滴中,电荷分选受影响较大。On-chip无损伤分选技术,采用微流控低压分选,可精确无损伤分选活性精子。
精子经PI(只能染死细胞)和SYTO9(可以染活细胞和死细胞)染色后分选。分选活的精子(PI-SYTO9+)可在收集槽中观测。
5. 血细胞分选----形态保存完好比较
On-chip分选出的粒细胞相对传统分选方式,细胞形态保留完好,进一步证实On-chip的在血细胞临床领域的无损伤分选的可靠性。
6. 高盐浓度培养的牡蛎派琴虫分选
牡蛎派琴虫适合在高盐浓度下生存,改变环境,活性大受影响,利用On-chip无损分选技术及多种鞘液可选的特性,对比原始培养液及PBS做鞘液分选结果,培养后1h用PI染色做活性鉴定,结果显示原始培养液分选获得细胞无损伤,而PBS分选活性极大降低。验证了on-chip在海洋及水质监测领域的应用。
Collaboration with Dr. Hirokazu SAKAMOTO, the Univ. of Tokyo
7. 酵母细胞的活/死细胞进行鉴定和分选
酵母细胞以不同的加热时间进行处理,经SYTO-9和PI染色后,在on-ship sort上检测与分选,On-chip Sort 能够清楚的识别活细胞和死细胞群;对经加热处理40min的细胞样品分选活和死的细胞群,并且在培养皿中进行培养。死细胞没有长出克隆,而活细胞长出了40个克隆。充分证实了On-chip Sort分选的准确性。
1 分选老鼠的胎儿脑部海马神经细胞
使用传统的流式细胞仪和On-chip Sort对分选前后的细胞进行培养,分选后使用PI染色发现细胞没有什明显差别,但3天后细胞的分化增值出现差异化。
图1 神经细胞的无损伤分选
传统的流式细胞仪分选的细胞在后续培养中没有形成轴突,Onchip Sort处理过的细胞和未做分选处理的细胞一样形成轴突 。
本研究是和东京工科大学的铃木郁郎先生共同研究的成果。
2 精子分选
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