高通量单细胞多个关键分泌蛋白动态分析

Single cell secretion analysis, which can be used for distinguishing the protein expression between each single cell and its correlation with cellular function, plays important roles in disease diagnostics and drug/vaccine development. Due to technological difficulties, however, it is still very challenging to track the protein secretion signatures from a number of live single cells at different time points, which provides unique information for better understanding of how cells respond and envolve upon infections over time. Thus, it is desirable to develop a comprehensive, dynamic and accessible single cell secretion analysis tool to gather such data from large number of single cells. Here we propose to develop a high throughput, multiplexed single cell secretion analysis platform which is comprised of a newly designed microchannels array to immobilize high density space-resolved antibodies for multiplexed protein secretion detection and a corresponding microwells array for single cell capture. A dynamic analysis method would be developed based on this single cell analysis platform. We would apply this platform to investigate how human macrophage cells respond over time upon activation with Toll-like receptor 4 (TLR4) ligand lipopolysaccharide, from which correlation between activation states and its basal functional state from the same singe cell would be uncovered.

单细胞分泌蛋白分析是用于检测单个细胞间蛋白质表达的个体差别、鉴别细胞免疫功能差异的方法，在疾病诊断、药物疫苗开发等方面均有十分重要的应用。但当前的单细胞分泌蛋白分析方法往往只是集中于某一单细胞在特定时间点的分析，无法动态揭示同一个细胞在受到外界刺激后是如何一步步响应的，生命信息处理流程之间的联系也无从知晓，因此开发系统、动态的单细胞分泌蛋白分析平台就成为该领域发展的重要方向和目标。本研究拟设计、制造新的微流体通道制备高密度的空间分辨抗体阵列实现多个关键分泌蛋白检测，并设计、制造与之匹配的高密度微孔阵列用于单细胞捕获，构建一种高通量单细胞多种关键分泌蛋白的分析平台；基于此平台发展单细胞分泌蛋白动态分析方法；利用该平台和方法，完成人巨噬细胞的测定模拟人体天然免疫系统在受到细菌感染后的过程，观察同一单细胞免疫响应的发展变化，有望揭示其动态规律。

单细胞分泌分析是用于检测单个细胞间个体差别、鉴别细胞免疫功能差异的方法，在疾病诊断、药物疫苗开发等方面均有十分重要的应用。在本项目的资助下，课题组先后完成了高通量单细胞分泌蛋白动态分析平台建立、高通量单细胞外囊泡分泌分析平台的建立、单细胞蛋白分析的三维培养环境构建及基于PDMS微孔的单细胞分泌蛋白多重分析等研究内容。项目执行期间，已陆续在国际刊物上发表6篇高质量学术论文，其中在国际著名综合期刊PNAS上1篇，在分析化学领域主流期刊Analytical Chemistry上1篇（被选为当期推荐论文之一在其主页滚动推荐），在微流控芯片领域主流期刊Lab on a chip上1篇（2017年该杂志下载量最大的十篇论文之一）；申请发明专利2项；联合培养硕士生4名；作为共同作者出版中文著作一部（《器官芯片》，2019.11，科学出版社）。