基于微流控芯片实现多重免疫荧光染色的果蝇胚胎多标蛋白定量成像系统

单细胞空间组学技术是表征多细胞系统的细胞状态和相互作用的关键，已经被广泛运用于组织切片样品，但鲜有应用在完整的多细胞生物样品。果蝇胚胎是遗传学、发育生物学和系统生物学中广泛使用的多细胞模式系统。其发育斑图随时空显著变化，传统实验方法通常误差偏大且测量通量较低，而测量通量高的基于测序的空间转录组技术则不适用于尚未形成细胞膜的早期果蝇胚胎，所以长期以来精准量化同一胚胎的多基因蛋白表达图谱一直是亟待解决的难题。基于微流控芯片的多重免疫荧光染色技术有望克服上述挑战。

据麦姆斯咨询报道，2022年11月，北京大学定量生物学中心/河北工业大学刘峰课题组和北京大学定量生物学中心/物理学院罗春雄课题组在《Lab on a chip》合作发表了题为“An integrated microfluidic device for multiplexed imaging on spatial gene expression patterns of Drosophila embryos” 的封面文章，开发出了一种基于微流控芯片实现多重免疫荧光染色的果蝇胚胎多标蛋白定量成像系统 （图1）。

图1 整体示意图（Lab on a chip封面推荐） 研究者优化了捕获染色设计并成功制备了三层套刻的微流控芯片系统（图2A-C）。该系统可以自动捕获多个果蝇胚胎并实现90%以上的胚胎捕获率，且捕获的胚胎具有80%以上的水平朝向选择性。超过胚胎高度的一半的底层染液的设计可以实现在芯片内整个胚胎均匀免疫荧光染色，染色效果同传统染色实验一致，但与传统染色实验相比更有效率、消耗试剂更少。同时该系统通过标记、洗脱、再标记的自动循环操作，实现了同一个胚胎上的多标蛋白成像以得到具有空间信息的多基因蛋白表达图谱 （图2D）。

图2 果蝇胚胎多标蛋白定量成像微流控系统。（A）芯片设计；（B）模拟结果成像；（C）洗脱实验结果；（D）多标染色流程示意图。 该工作为日益蓬勃发展的多基因标记技术提供了新思路，特别是为解决多细胞体系的多标蛋白成像提供了良好的借鉴。利用该微流控系统，将有助于全面观测多细胞生物的基因表达斑图和深入解析其调控机理。   北京大学物理学院18级博士生朱红村为本文的第一作者，另一位作者为北京大学定量生物学中心17级博士毕业生沈雯婷。刘峰研究员和罗春雄教授为本文的通讯作者。该工作获得了国家自然科学基金重点和面上项目、北京大学物理学院介观物理重点实验室的资助和支持。  

        审核编辑 ：李倩