近日，北京科技大學精準醫(yī)療與健康研究院，生物工程與傳感技術(shù)北京市重點實驗室，化學與生物工程學院的趙亮博士與張美芹研究員，張學記教授合作在期刊Analytical Chemistry（Nature Index Journal之一）上在線發(fā)表了題為”Systematic Analysis of Different Cell Spheroids with a Microfluidic Device Using Scanning Electrochemical Microscopy and Gene Expression Profiling”的研究論文。該研究工作報道了一種基于掃描電化學顯微鏡與微流控技術(shù)相結(jié)合，系統(tǒng)性研究異種細胞團塊中細胞上蛋白活性與基因表達關(guān)系的新分析方法。

三維細胞團塊是當前研究腫瘤生物學新的有力工具，能夠更好地重構(gòu)體內(nèi)的腫瘤形態(tài)和生理環(huán)境。當前對于細胞團塊的觀測多是基于傳統(tǒng)的光學成像方法，往往需要對細胞團簇進行熒光標記甚至切片成像等。掃面電化學顯微鏡（SECM）作為一種非光學無標記成像的技術(shù)正受到人們越來越多的關(guān)注。當前掃描電化學顯微鏡對于細胞團的表征往往表現(xiàn)為針對少量同種團塊，單線掃描，難以采集和獲取電化學信號之外的細胞內(nèi)部基因表達的信息。

針對上述當前研究中的限制，該研究利用可打開的微流控芯片技術(shù)手段，將腫瘤和體細胞團塊的培養(yǎng)集成在一塊芯片上（85 x 4培養(yǎng)單元）。芯片開放后利用SECM對不同細胞團塊掃描成像，后續(xù)可以精準地挑取單個細胞團塊進行多基因表達分析。SECM成像結(jié)果表明，利用雙模態(tài)多次掃描可以有效地消除底面形貌對團塊電化學信號的影響，在乳腺癌（MCF7）團塊上堿性磷酸酯酶呈現(xiàn)出較高的酶活性，而成纖維細胞團上的酶活性相對較低。精準挑選成像中感興趣的團簇后，通過對各自種類單個細胞團塊的基因表達分析，進一步證實了ALP在癌細胞中表達上調(diào)。相比成纖維細胞，其他的基因如多能性相關(guān)Sox2，上皮標志基因MUC1，EPCAM等也在三維腫瘤團塊中顯著表達。

該研究是張學記教授發(fā)起創(chuàng)建的北京科技大學精準醫(yī)療與健康研究院在微流控和掃描電化學顯微鏡領(lǐng)域結(jié)合的又一突破性進展，為今后腫瘤細胞SECM成像研究和下游精準的基因調(diào)控分析架構(gòu)了新的橋連。趙亮博士表示：“利用SECM無標記成像技術(shù)進行生物醫(yī)學領(lǐng)域的探索一直是當前分析化學領(lǐng)域的熱點，而微流控技術(shù)可以為SECM進一步助力，從而使整個細胞成像研究流程變得更為通暢，產(chǎn)生更多有價值的信息，譬如無縫地銜接下游的大規(guī)?；虮磉_分析?！?/p>