正如世界上沒有兩片相同的樹葉，世界上也沒有兩個相同的細胞。探索細胞之間的異質(zhì)性，有助于了解復雜的細胞世界。為此，美國加州大學伯克利分校的研究人員開發(fā)出一種單細胞western blot方法，實現(xiàn)了單細胞分辨率的蛋白質(zhì)分析。這項成果發(fā)表在最新一期的《Nature Methods》雜志上。

異質(zhì)性是細胞過程所固有的，包括干細胞分化、發(fā)育、癌癥、藥效及免疫反應(yīng)等。為了充分了解復雜細胞群體中多樣化的行為，研究人員需要一些分析工具，帶來單細胞分辨率、提供定量且高度特異的目標蛋白檢測，但又不使用可能干擾細胞功能的標簽。目前的一些方法多存在限制，要么特異性有限，要么反映了細胞群體而非單個細胞的行為。

為此，美國加州大學伯克利分校（UC Berkeley）生物工程系的研究人員開發(fā)出一種單細胞western blot（scWestern）方法。具體來說，它采用一塊可擴展的開放式微孔芯片結(jié)構(gòu)，能在4小時內(nèi)同時分析~2000個細胞。他們應(yīng)用這種方法來研究體外刺激下的干細胞信號和分化反應(yīng)。

scWestern分析采用顯微鏡玻片，包被有30-μm厚的光敏聚丙烯酰胺（PA）凝膠，而芯片上共有6720個微孔。這些微孔的直徑為20 μm，是在聚丙烯酰胺凝膠聚合時形成的。為了實現(xiàn)數(shù)千個單細胞的同時分析，scWestern整合了所有關(guān)鍵的western blot步驟。

研究人員稱，三個基本的設(shè)計原則支撐了scWestern。首先，在流體、光學和電子接口方面，他們從整體上解決了scWestern，這實現(xiàn)了高度平行的分析，而不需要單獨獲取每個細胞。通過被動重力驅(qū)動的細胞設(shè)置，細胞懸液接種到微孔中，每個微孔在5-10分鐘內(nèi)捕獲0-4個細胞。

作為第二個設(shè)計原則，他們通過優(yōu)化短分離距離的聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE），實現(xiàn)了高密度的scWestern芯片。在細胞裂解后電泳開始，他們在浸沒的scWestern玻片上應(yīng)用電場，電泳蛋白穿過微孔壁，進入薄的凝膠層。第三個設(shè)計原則利用了反應(yīng)（蛋白質(zhì)固定）和運輸（抗體雜交）的小特征長度。在PAGE之后，蛋白質(zhì)與PA凝膠交聯(lián)。之后進行抗體雜交和檢測。

研究人員應(yīng)用這種scWestern方法來監(jiān)控大鼠神經(jīng)干細胞的單細胞分化以及對有絲分裂原刺激的響應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)，scWestern能定量每個單細胞中最多11種目標蛋白，在與FACS整合時，支持稀有或珍貴細胞（~200個）的分析。

研究人員認為，scWestern突破了其他單細胞蛋白分析方法的限制，作為一種多功能的工具，能夠以單細胞分辨率研究復雜的細胞群體。