拉曼激活細胞分選

如前所述，拉曼光譜是一種無損非標記的單細胞表型識別手段，在基于微生物組或工程細胞庫的細胞功能篩選中均具有廣闊的應用前期。如何在拉曼識別后高通量地分選目標表型細胞，即拉曼激活細胞分選（Raman-activated cell sorting，RACS），并用于下游培養、組學分析等環節，對于細胞表型測試平臺的構建同樣重要。近年來，一系列基于拉曼光譜的單細胞分選技術和核心器件先后面世，其中包括拉曼光鑷分選、拉曼彈射分選（RACE）、拉曼光鉗液滴分選（RAGE）、拉曼微流分選（RAMS）、拉曼微流液滴分選（RADS）等。這些新工具有效耦合了單細胞拉曼表型測量和基因型分析（或培養），為在單細胞水平解析表型和基因型的關系提供了重要手段。

拉曼激活彈射分選（RACE），其基本原理是在拉曼測量基片上濺射一層薄膜，將樣品點在該薄膜上并封裝接收微孔陣列；對細胞進行拉曼檢測后，特定細胞可通過施加一束脈沖激光在目標細胞位置的基體芯片上；該細胞將被彈射剝離到收集微孔內，可靈活實現單個微孔內收集單個細胞或多個細胞。受光斑尺寸的影響，直接彈射一般用于小細胞的彈射分離，針對大細胞及細胞團，可對目標細胞區域先進行激光切割（RAMD），然后進行彈射。該方法操作相對靈活簡單，分選準確率高。然而，拉曼分析分選時的激光輻射對細胞的生理活性會造成一定損傷，而在?RACE?的干片模式下，導熱散熱較為困難，輻射造成的細胞活性損傷有可能更為顯著。此外，由于激光輻射引起胞內核酸損傷等可能原因，彈射后細菌單細胞測序的覆蓋度一般不超過?20%，因此基因組拼裝相對困難。

拉曼激活光鑷液滴分選（RAGE），是筆者團隊新近開發的一種耦合拉曼光鑷和液滴單細胞包裹導出的拉曼細胞分選技術。RAGE?克服了單一光鑷力難以實現目標細胞脫離焦平面導出的問題，通過耦合液滴微流控技術，完成了目標單細胞的精準分選和快速導出。同時，拉曼檢測于水相中進行，能最大限度地保持細胞生理活性，并能夠精確匹配每個細胞與之相對應的拉曼光譜表型，實現“所測即所得”。此外，分選后的單細胞已經包裹在油包水微液滴中，因此可直接耦合后續的單細胞培養和組學分析。我們的數據表明，細菌細胞通過?RAGE?系統分選之后其存活率基本不受影響，可直接耦合下游的單細胞培養。而在與?RAGE?直接耦合的單細胞核酸擴增與測序中，可能是由于液相拉曼檢測對于目標細胞的保護作用，目標大腸桿菌單細胞的全基因組測序覆蓋率有了大幅度提高（可達約?95%）。