仿生微环境调控的单细胞关键蛋白质分析新方法

With micro-environmental stimulation and intervention, cellular properties and function would be changed and transformed. Additionally, every tumor cell is different in phenotypic expression. The study at single cell level is a crucial protocol. The cell proteins play an important role during this process. However, these key proteins are low abundant and complex. How to ultrasensitive and selective detection and identification of the low abundant proteins is one of the key problems. In this project, we propose to design and setup a biomimetic microfluidic chip to simulate and manipulate the cell micro-environments. Based on this system, we develop the new electrochemical and mass spectrometry methods and nanoreactions for ultrasensitive analysis of the key proteins in cellular transformation. This study will provide the basic data on the molecular mechanism in micro-environmental intervention.

肿瘤细胞不仅在各种环境条件刺激下会产生形态、性质和功能的分化与转变，而且在时间和空间上具有高度的异质性，这是疾病复杂性的重要原因之一，因此，单细胞水平的测量是研究特定细胞或细胞群体异质性最为有效的策略。在细胞的变化过程中，蛋白质的差异表达起到了关键作用，然而这些关键蛋白常常含量稀少、成分复杂，如何实现微纳尺度下单细胞微弱信号的获取及其特定蛋白质的分析鉴定，是目前单细胞研究面临的重要科学问题。本项目拟通过建立仿生微流控芯片系统，模拟调控细胞微环境的各种因素，诱导细胞行为和性质等变化；在此基础上建立超高灵敏度和选择性的低丰度蛋白质分析新方法，发展信号放大策略的电化学传感和质谱技术，实现单细胞水平复杂蛋白质的同时检测；同时结合微纳酶反应器技术，对细胞膜蛋白进行高效鉴定；并进一步研究关键蛋白质在特殊刺激下引起细胞性质和功能变化的作用，为肿瘤细胞异质性研究提供分析基础。

肿瘤细胞不仅在各种环境条件刺激下会产生形态、性质和功能的转变，而且在时间和空间上具有高度的异质性，因此，单细胞水平的分析策略是研究特定细胞或细胞群体异质性最为有效的途径。在细胞的变化过程中，蛋白质等生物分子的差异表达起到了关键的作用，然而这些关键蛋白常常含量稀少、成分复杂，如何实现微纳尺度下单细胞微弱信号的获取及其特定蛋白质的分析鉴定，是目前单细胞研究面临的重要科学问题。基于此本课题构建了微流控细胞限域装置系统，研究细胞迁移等性质；建立了单细胞单分子高灵敏度和高选择性分析新方法，发展基于信号放大策略的生物传感和质谱分析技术，实现了单细胞差异蛋白质等重要生物分子的定性和定量分析；初步探索微环境刺激下细胞的运动和形态转变及相关生物分子作用。在课题资助下，在J. Am. Chem. Soc., ACS Nano, Adv. Sci., Chem. Sci., Anal.Chem.等期刊发表标注基金资助的论文23篇，培养博士毕业生10名，博士后3名。