CN108384718B - 一种活体单细胞原位切割方法及装置 - Google Patents

一种活体单细胞原位切割方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种活体单细胞原位切割方法，包括通过向所述待切割细胞同时注入细胞培养基溶液和细胞裂解液，从而裂解待切割细胞。本发明同时提供了一种活体单细胞原位切割装置，包括：细胞操纵平台，其上培养有待切割细胞；位于所述细胞操纵平台上方的微流体探针，用于向所述待切割细胞同时注入细胞培养基溶液和细胞裂解液，从而裂解待切割细胞。所述微流体探针包括：沿所述微流体探针的圆周方向依次设置的第一吸附管、细胞培养基溶液注入管、第二吸附管和细胞裂解液注入管。本发明的方法和装置能在最大程度保持细胞为原始状态的情况下，对细胞的某一部分进行原位切割。

Description

一种活体单细胞原位切割方法及装置
技术领域
本发明属于细胞研究技术领域，涉及一种活体单细胞原位切割方法及装置，尤其涉及一种贴壁活体单细胞原位切割方法及装置。
背景技术
贴壁细胞通常会表现出明显的极性，即细胞两端在结构与功能上表现出明显的差异性。对于单个细胞不同部位行为的研究(比如组成、结构以及对于外界刺激的响应等)将会促进人们对于生命现象的理解，而传统的单细胞分析手段难以在单个细胞的不同位置进行取样及分析，因此开发一种能够对单个细胞不同部位进行分析的技术将至关重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术问题，提供一种活体单细胞原位切割方法及装置，本发明的方法和装置尤其适合用于贴壁活体单细胞原位切割，本发明的方法和装置能在最大程度保持细胞为原始状态的情况下，对细胞的某一部分进行原位切割。
为达到本发明的目的，本发明一方面提供了一种活体单细胞原位切割方法，包括通过向所述待切割细胞的某一细胞位置同时注入细胞培养基溶液和细胞裂解液，从而从某一细胞位置裂解待切割细胞。
根据本发明的一些实施方式，所述细胞培养基溶液和细胞裂解液以相同的速度注入。
通过向所述待切割细胞以相同速度持续注入细胞培养基溶液和细胞裂解液，同时以更高的速度同时吸走待切割细胞培养装置中原有的细胞培养基。当吸走液体的速度大于两倍注入液体的速度时，能够在待切割细胞周围形成微区分布，所述微区包括截面积相等的细胞裂解液区域和细胞培养基区域，从而能够定向地裂解待切割细胞处于裂解液区域的部分。
根据本发明的优选实施例，将所述待切割细胞培养在培养装置中，在注入细胞培养基溶液和细胞裂解液的同时，吸走待切割细胞培养装置中原有的细胞培养基。
根据本发明的优选实施方式，所述细胞培养基溶液包括但不限于MEM、DMEM、RPMI-1640和199细胞培养基。
根据本发明的一些实施例，所述细胞裂解液包括各种商业化的或自行配置的具有细胞裂解功能的溶液。
根据本发明的一些实施方式，通过微流体探针向所述待切割细胞同时注入细胞培养基溶液和细胞裂解液，从而裂解待切割细胞。
根据本发明的优选实施例，所述微流体探针包括：
沿所述微流体探针的圆周方向依次设置的第一吸附管、细胞培养基溶液注入管、第二吸附管和细胞裂解液注入管。
根据本发明的优选实施例，所述第一吸附管和第二吸附管相对设置；所述细胞培养基溶液注入管和细胞裂解液注入管相对设置；所述细胞培养基溶液注入管与所述第一吸附管和第二吸附管分别相邻设置；所述细胞裂解液注入管与所述第一吸附管和第二吸附管分别相邻设置。
根据本发明的一些实施例，所述第一吸附管和第二吸附管的下端为尖端，上端连接液体吸附装置，用于吸走待切割细胞培养装置中的液体。
在一些具体的实施例中，所述第一吸附管和第二吸附管的下端为锥形尖端，所述尖端的直径为25-100微米，优选为40微米。
根据本发明的优选实施方式，所述第一吸附管和第二吸附管为玻璃材质，其内径为100-250微米，优选为250微米。
在本发明中，所述第一吸附管和第二吸附管的下端为靠近待切割细胞的一端，所述第一吸附管和第二吸附管的上端为远离待切割细胞的一端。
在一些实施例中，所述第一吸附管和第二吸附管的上端连接液体吸附装置，例如吸附泵等，可吸走待切割细胞培养装置中的液体。
根据本发明的一些实施方式，所述细胞培养基溶液注入管的下端为尖端，上端连接液体注入装置，用于向所述待切割细胞注入细胞培养基溶液。
根据本发明的优选实施方式，所述细胞培养基溶液注入管为玻璃材质，其内径为100-250微米，优选为250微米。
在一些具体的实施例中，所述细胞培养基溶液注入管的下端为锥形尖端，所述尖端的直径为25-100微米，优选为40微米。
在本发明中，所述细胞培养基溶液注入管的下端为靠近待切割细胞的一端，所述细胞培养基溶液注入管的上端为远离待切割细胞的一端。
在一些实施例中，所述细胞培养基溶液注入管的上端连接接液体注入装置，例如流动注射泵等，用于注入细胞培养基溶液。
根据本发明的一些实施方式，所述细胞裂解液注入管的下端为尖端，上端连接液体注入装置，用于向所述待切割细胞注入细胞裂解液。
根据本发明的优选实施方式，所述细胞裂解液注入管为玻璃材质，其内径为100-250微米，优选为250微米。
在一些具体的实施例中，所述细胞裂解液注入管的下端为锥形尖端，所述尖端的直径为25-100微米，优选为40微米。
在本发明中，所述细胞裂解液注入管的下端为靠近待切割细胞的一端，所述细胞裂解液注入管的上端为远离待切割细胞的一端。
在一些实施例中，所述细胞裂解液注入管的上端连接液体注入装置，例如流动注射泵等，用于注入细胞裂解液。
本发明另一方面提供了一种活体单细胞原位切割装置，包括：
细胞操纵平台，其上培养有待切割细胞；
位于所述细胞操纵平台上方的微流体探针，用于向所述待切割细胞同时注入细胞培养基溶液和细胞裂解液，从而定向地裂解待切割细胞。
根据本发明的一些实施方式，所述细胞操纵平台包括：
载物台；
位于所述载物台上表面的细胞培养装置，所述细胞培养装置内盛装有细胞培养基溶液，用于培养待切割细胞；
设置于所述载物台下方的对准装置，用于对待切割细胞进行观察和定位。
根据本发明的优选实施方式，所述细胞培养装置优选为培养皿，其设置在所述载物台的上表面，其内盛装有细胞培养基溶液，培养待切割细胞。
在一些具体的实施例中，所述待切割细胞以102～104个/平方厘米的密度种植在所述培养装置中。
根据本发明的优选实施例，所述对准装置设置于所述载物台下方，包括显微镜物镜，可用来对待切割细胞进行观察和定位。
根据本发明的优选实施例，所述微流体探针包括：
沿所述微流体探针的圆周方向依次设置的第一吸附管、细胞培养基溶液注入管、第二吸附管和细胞裂解液注入管。
根据本发明的优选实施例，所述第一吸附管和第二吸附管相对设置；所述细胞培养基溶液注入管和细胞裂解液注入管相对设置；所述细胞培养基溶液注入管与所述第一吸附管和第二吸附管分别相邻设置；所述细胞裂解液注入管与所述第一吸附管和第二吸附管分别相邻设置。
根据本发明的一些实施例，所述第一吸附管和第二吸附管的下端为尖端，上端连接液体吸附装置，用于吸走待切割细胞培养装置中的液体。
在一些具体的实施例中，所述第一吸附管和第二吸附管的下端为锥形尖端，所述尖端的直径为25-100微米，优选为40微米。
根据本发明的优选实施方式，所述第一吸附管和第二吸附管为玻璃材质，其内径为100-250微米，优选为250微米。
在本发明中，所述第一吸附管和第二吸附管的下端为靠近待切割细胞的一端，所述第一吸附管和第二吸附管的上端为远离待切割细胞的一端。
在一些实施例中，所述第一吸附管和第二吸附管的上端连接液体吸附装置，例如吸附泵等，可吸走待切割细胞培养装置中的液体。
根据本发明的一些实施方式，所述细胞培养基溶液注入管的下端为尖端，上端连接液体注入装置，用于向所述待切割细胞注入细胞培养基溶液。
根据本发明的优选实施方式，所述细胞培养基溶液注入管为玻璃材质，其内径为100-250微米，优选为250微米。
在一些具体的实施例中，所述细胞培养基溶液注入管的下端为锥形尖端，所述尖端的直径为25-100微米，优选为40微米。
在本发明中，所述细胞培养基溶液注入管的下端为靠近待切割细胞的一端，所述细胞培养基溶液注入管的上端为远离待切割细胞的一端。
在一些实施例中，所述细胞培养基溶液注入管的上端连接接液体注入装置，例如流动注射泵等，用于注入细胞培养基溶液。
根据本发明的一些实施方式，所述细胞裂解液注入管的下端为尖端，上端连接液体注入装置，用于向所述待切割细胞注入细胞裂解液。
根据本发明的优选实施方式，所述细胞裂解液注入管为玻璃材质，其内径为100-250微米，优选为250微米。
在一些具体的实施例中，所述细胞裂解液注入管的下端为锥形尖端，所述尖端的直径为25-100微米，优选为40微米。
在本发明中，所述细胞裂解液注入管的下端为靠近待切割细胞的一端，所述细胞裂解液注入管的上端为远离待切割细胞的一端。
在一些实施例中，所述细胞裂解液注入管的上端连接液体注入装置，例如流动注射泵等，用于注入细胞裂解液。
根据本发明的一些实施方式，所述微流体探针还包括：
用于固定所述第一吸附管、第二吸附管、细胞培养基溶液注入管和细胞裂解液注入管的支撑装置；
将所述支撑装置连接在所述载物台的移动装置，用于使所述支撑装置在载物台上移动，进而将所述第一吸附管、第二吸附管、细胞培养基溶液注入管和细胞裂解液注入管的尖端移动到待切割细胞的待切割部位。
本发明装置的工作过程和工作原理如下：
在载物台上的培养皿中培养待切割细胞，通过对准装置观察，调整载物台和移动装置以使待切割细胞的待切割部位位于微流体探针的下方正中央，并使得微流体探针的尖端与待切割细胞之间保持5微米到100微米、优选50微米的距离；同时通过细胞培养基溶液注入管注入细胞培养基溶液，通过细胞裂解液注入管注入细胞裂解液，并同时通过第一吸附管和第二吸附管吸走待切割细胞培养装置中的液体；注入的细胞培养基溶液和细胞裂解液，能够在待切割细胞周围形成能够在待切割细胞周围形成微区分布，所述微区包括相邻的截面积相等的细胞裂解液区域和细胞培养基区域，从而能够定向地裂解待切割细胞的待切割部位。
本发明的优点和有益技术效果如下：
(1)本发明能够对培养中的单个细胞或组织切片进行原位切割。
(2)本发明能够与质谱等检测手段相结合，将切割后的样品进行检测，实现对于单个细胞的某一部位的分析。
(3)本发明可以在细胞上切出小伤口，进而释放细胞中的细胞器，能够在避免受到细胞膜影响的同时结合其他技术实现对于细胞内结构的收集、富集与分析。
(4)本发明可有助于研究单个细胞中不同部位对于细胞的重要性，即切除任一部分后可观测细胞是否受到致命性影响。
(5)本发明可以将细胞裂解液换成药物溶液，可以研究单个细胞不同部位对于外界刺激的响应。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明实施例的活体单细胞原位切割装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的细胞操纵平台结构示意图；
图3为本发明实施例的微流体探针结构示意图；
附图标记说明：1、细胞操纵平台；2、微流体探针；3、细胞培养基溶液注入管；4、第一吸附管；5、细胞裂解液注入管；6、第二吸附管；7、待切割细胞；8、细胞培养基溶液；9、细胞培养装置；10、载物台；11、对准装置；12、尖端。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明活体单细胞原位切割装置包括细胞操纵平台1和微流体探针2。
细胞操纵平台1包括载物台10、细胞培养装置9和对准装置11；其中，细胞培养装置9位于载物台10的上表面，其内装有细胞培养基溶液8，并培养有待切割细胞7；对准装置11设置于载物台10的下方，优选为一显微镜物镜，用于对待切割细胞进行观察和定位。
微流体探针2包括：第一吸附管4、细胞培养基溶液注入管3、第二吸附管6和细胞裂解液注入管5；其中，第一吸附管4的下端为尖端12，上端连接液体吸附装置，第一吸附管为玻璃材质，其内径为100-250微米，优选为250微米，尖端12的直径为25-100微米，优选为40微米；第二吸附管6的下端为尖端12，上端连接液体吸附装置，第二吸附管为玻璃材质，其内径为100-250微米，优选为250微米，尖端12的直径为25-100微米，优选为40微米；细胞培养基溶液注入管3的下端为尖端12，上端连接液体吸附装置，细胞培养基溶液注入管5为玻璃材质，其内径为100-250微米，优选为250微米，尖端12的直径为25-100微米，优选为40微米；细胞裂解液注入管5的下端为尖端12，上端连接液体吸附装置，细胞裂解液注入管7为玻璃材质，其内径为100-250微米，优选为250微米，尖端12的直径为25-100微米，优选为40微米。微流体探针2通过固定装置固定，固定装置通过移动装置连接载物台10，用于使支撑装置在载物台上移动，进而移动微流体探针。
实施例1
在载物台10上面的培养皿9中培养待切割细胞7，通过对准装置11观察，调整载物台10和移动装置以使待切割细胞7的待切割部位位于微流体探针2的下方正中央，并使得微流体探针的尖端12与待切割细胞7之间保持5微米到100微米、优选50微米的距离；同时通过细胞培养基溶液注入管3注入细胞培养基溶液，通过细胞裂解液注入管5注入细胞裂解液，并同时通过第一吸附管4和第二吸附管6吸走待切割细胞培养装置中的液体；注入的细胞培养基溶液和细胞裂解液，能够在待切割细胞周围形成能够在待切割细胞周围形成微区分布，所述微区包括相邻的截面积相等的细胞裂解液区域和细胞培养基区域，从而能够定向地裂解待切割细胞的待切割部位。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

Claims (6)

1.一种贴壁活体单细胞原位切割装置，其特征在于，所述装置包括细胞操纵平台、和位于所述细胞操纵平台上方的微流体探针；其中，
所述微流体探针沿其圆周方向上依次设置有第一吸附管、细胞培养基溶液注入管、第二吸附管和细胞裂解液注入管，所述第一吸附管和所述第二吸附管相对设置，所述细胞培养基溶液注入管和所述细胞裂解液注入管相对设置，所述细胞培养基溶液注入管与所述第一吸附管和所述第二吸附管分别相邻设置，所述细胞裂解液注入管与所述第一吸附管和所述第二吸附管分别相邻设置；
所述第一吸附管、所述细胞培养基溶液注入管、所述第二吸附管和所述细胞裂解液注入管的下端为靠近待切割细胞的一端且均为锥形尖端，所述第一吸附管、所述细胞培养基溶液注入管、所述第二吸附管和所述细胞裂解液注入管的上端为远离待切割细胞的一端；
所述第一吸附管和所述第二吸附管的上端连接液体吸收装置，用于吸走待切割细胞培养装置中的液体；
所述细胞培养基溶液注入管的上端连接液体注入装置，用于向所述待切割细胞注入细胞培养基溶液；
所述细胞裂解液注入管的上端连接液体注入装置，用于向所述待切割细胞注入细胞裂解液；
所述第一吸附管、所述细胞培养基溶液注入管、所述第二吸附管和所述细胞裂解液注入管的内径为100～250微米；
所述第一吸附管、所述细胞培养基溶液注入管、所述第二吸附管和所述细胞裂解液注入管的尖端的直径为25～100微米。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述细胞操纵平台包括：
载物台；
位于所述载物台上表面的细胞培养装置，所述细胞培养装置内盛装有细胞培养基溶液，用于培养待切割细胞；
设置于所述载物台下方的对准装置，用于对待切割细胞进行观察和定位。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一吸附管、所述细胞培养基溶液注入管、所述第二吸附管和所述细胞裂解液注入管的内径为250微米。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一吸附管、所述细胞培养基溶液注入管、所述第二吸附管和所述细胞裂解液注入管的尖端的直径为40微米。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述微流体探针还包括用于固定微流体探针的支撑装置和将所述支撑装置连接在所述载物台的移动装置，所述移动装置用于使所述支撑装置在所述载物台上移动，将所述第一吸附管、所述第二吸附管、所述细胞培养基溶液注入管和所述细胞裂解液注入管的尖端移动到所述待切割细胞的待切割部位。
6.一种贴壁活体单细胞原位切割方法，所述方法采用权利要求5所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：
1）在所述载物台上的培养皿中培养所述待切割细胞，通过所述对准装置进行观察，通过调整所述载物台和所述移动装置使得所述待切割细胞的待切割部位位于所述微流体探针的下方正中央，所述微流体探针的尖端与所述待切割细胞之间保持5～100微米的距离；
2）通过所述细胞培养基溶液注入管和所述细胞裂解液注入管分别向所述待切割细胞同时注入细胞培养基溶液和细胞裂解液，并在持续注入细胞培养基溶液和细胞裂解液的同时通过所述第一吸附管和所述第二吸附管吸走细胞培养装置中的液体；所述细胞培养基溶液和所述细胞裂解液的注入速度相同，吸走细胞培养装置中的原有的细胞培养基的速度大于两倍所述注入速度，使得所述待切割细胞周围形成微区分布，所述微区包括截面积相等的细胞裂解液区域和细胞培养基区域，从而定向地裂解所述待切割细胞处于裂解液区域的部分，实现原位切割单个细胞的一部分。
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