最近，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）發(fā)明的一種新技術(shù)，可以同時(shí)精確地測(cè)量許多單細(xì)胞的生長(zhǎng)。這一進(jìn)展有望帶來(lái)快速的藥物測(cè)試，對(duì)“更大細(xì)胞群體中單個(gè)細(xì)胞之間的生長(zhǎng)差異”提供了新的見解，并有助于跟蹤不斷變化的環(huán)境條件下的細(xì)胞動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)。這一技術(shù)發(fā)表在《Nature Biotechnology》雜志。

這種技術(shù)利用大量的懸浮微孔道諧振器（SMR）——一種微流控裝置，可測(cè)量流經(jīng)微孔道的大多數(shù)細(xì)胞。一種新的設(shè)計(jì)使該設(shè)備的通量增加了近兩個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)保持精確度。2012年，他們?cè)谥把邪l(fā)的一個(gè)微流控設(shè)備（暫停通道諧振器SMR，用來(lái)檢測(cè)細(xì)胞的重量）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大規(guī)模改動(dòng)，將其用于細(xì)胞周期檢測(cè)，可以分析單個(gè)細(xì)胞在經(jīng)過(guò)100小時(shí)生長(zhǎng)后多代的情況。在今年1月份，他們通過(guò)將復(fù)雜的RNA測(cè)序技術(shù)與分離單個(gè)細(xì)胞及其后代的新裝置相結(jié)合，可追蹤來(lái)自一個(gè)“祖先”的幾代細(xì)胞的詳細(xì)譜系。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Communications》。

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員使用該設(shè)備來(lái)觀察抗生素和抗菌肽對(duì)細(xì)菌的影響，并指出細(xì)胞群體中單個(gè)細(xì)胞的生長(zhǎng)變化，這具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。例如，生長(zhǎng)較慢的細(xì)菌有時(shí)會(huì)對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性，并可能導(dǎo)致復(fù)發(fā)性的感染。

麻省理工學(xué)院生物工程和機(jī)械工程系教授Manalis表示：“該設(shè)備對(duì)于細(xì)胞如何生長(zhǎng)并對(duì)藥物產(chǎn)生反應(yīng)，提供了新的見解。”該論文的第一作者是Nathan Cermak——最近從麻省理工學(xué)院計(jì)算和系統(tǒng)生物學(xué)項(xiàng)目畢業(yè)的博士生，和Selim Olcum——Koch研究所的科學(xué)家。其他13名共同作者來(lái)自于Koch研究所、MIT微系統(tǒng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、Dana-Farber癌癥研究所、Innovative Micro Technology和CEA LETI。

Manalis和他的同事們?cè)?007年首次開發(fā)了SMR，后來(lái)推出了多種創(chuàng)新用于不同的目的，包括隨時(shí)間的推移跟蹤單個(gè)細(xì)胞的生長(zhǎng)、測(cè)量細(xì)胞密度、稱量細(xì)胞分泌的囊泡，就在最近，測(cè)量不斷變化的營(yíng)養(yǎng)條件下細(xì)胞的短期生長(zhǎng)反應(yīng)。

所有這些技術(shù)都依賴于一個(gè)關(guān)鍵的方案：一條充滿液體的微通道，被蝕刻在一個(gè)微小的硅懸臂梁傳感器上，它在一個(gè)真空腔中震動(dòng)。當(dāng)一個(gè)細(xì)胞進(jìn)入懸臂梁時(shí)，它會(huì)稍微改變傳感器的振動(dòng)頻率，這個(gè)信號(hào)可以用來(lái)確定細(xì)胞的重量。它們就像稱重站，當(dāng)每個(gè)細(xì)胞流經(jīng)這個(gè)郵票大小的設(shè)備時(shí)，它會(huì)記錄每個(gè)細(xì)胞的質(zhì)量。在每個(gè)傳感器之間是彎曲的“延遲通道”，每一個(gè)長(zhǎng)度約五厘米，細(xì)胞流經(jīng)它的時(shí)間約為兩分鐘，從而使它們?cè)诘竭_(dá)下一個(gè)傳感器之前有時(shí)間生長(zhǎng)。當(dāng)一個(gè)細(xì)胞退出一個(gè)傳感器時(shí)，另一個(gè)細(xì)胞可以進(jìn)入，從而增加了設(shè)備的吞吐量。這些結(jié)果顯示了每個(gè)傳感器上的每一個(gè)細(xì)胞的質(zhì)量，將它們生長(zhǎng)或縮小的程度用圖形繪制出來(lái)。

傳統(tǒng)的抗生素測(cè)試需要培養(yǎng)細(xì)菌，這可能需要一天或更多的時(shí)間。使用這種新的設(shè)備，在一個(gè)小時(shí)內(nèi)，研究人員就能記錄下細(xì)胞積累質(zhì)量的變化率。記錄時(shí)間減少，是測(cè)試藥物對(duì)抗臨床細(xì)菌感染的關(guān)鍵，Manalis說(shuō)：“在某些情況下，有一個(gè)快速檢測(cè)法用于選擇抗生素，可使患者生存率帶來(lái)重大的變化。”