在分子生物學研究工作當中,單細胞擴增技術能夠解析單個細胞內的核酸信息,幫助科研人員挖掘細胞異質性相關的生物學問題。單細胞擴增試劑盒是開展這類實驗的核心工具,不同來源的實驗樣本,在細胞狀態、核酸含量、雜質殘留等方面存在明顯差異。想要獲得穩定可靠的實驗結果,需要結合樣本本身的特點調整實驗操作細節,匹配試劑盒的使用條件,減少實驗過程中出現的擴增偏差、產物產量不足等問題。本文結合實驗室實際操作經驗,梳理各類常見樣本的適配思路,為相關實驗開展提供參考。
單細胞擴增實驗的樣本來源十分廣泛,常見有組織解離樣本、懸浮細胞樣本、冷凍保存樣本、穿刺微量樣本等。各類樣本經過前期處理之后,細胞的完整程度、細胞內核酸的完整性都會發生變化,即便使用同一套試劑盒,照搬統一操作流程,也容易出現實驗波動。實驗人員需要優先關注樣本前處理環節,前處理的質量會直接影響后續擴增反應的表現,是適配不同樣本的基礎。
針對組織解離得到的實體組織單細胞樣本,這類樣本大多來自動物或者人體實體組織,經過酶解、機械吹打完成細胞分離。組織樣本在解離過程中,容易產生細胞碎片、組織殘渣,還會殘留部分胞外核酸。這些雜質進入擴增體系之后,會干擾反應體系內部的酶促反應,造成擴增效率下降。在樣本處理階段,需要做好細胞過濾與篩選工作,使用合適孔徑的篩網去除大塊組織碎屑,通過低速離心去除部分細胞碎片。完成細胞分選之后,盡量縮短細胞在緩沖液中的放置時間,避免細胞發生裂解,防止胞內核酸提前釋放。挑選單細胞的時候,盡量選擇形態完整、輪廓清晰的細胞,避開破碎、皺縮的細胞。在體系配置時,可根據細胞實際狀態,適度把控細胞投入的數量,不要盲目追求細胞數量,優先保證單細胞的完整性。
懸浮細胞樣本,比如細胞系、外周血分離得到的免疫細胞,這類樣本細胞形態均一,細胞狀態相對穩定,是單細胞擴增實驗中比較容易操作的樣本類型。但懸浮細胞同樣存在需要留意的細節。部分懸浮細胞容易發生聚集,肉眼觀察看似單個細胞,實際是多個細胞粘連在一起,會造成單細胞擴增的結果出現混雜信號。實驗操作中,可在細胞懸液制備階段輕柔吹打,打散細胞團塊。對于經過藥物處理、刺激誘導后的懸浮細胞,細胞內部核酸狀態會發生改變,細胞活力出現差別。這類樣本在挑取單細胞之后,不要長時間放置,盡快完成裂解操作,減少核酸降解帶來的影響。實驗過程中可以設置平行對照,用來判斷樣本本身帶來的實驗波動。
冷凍保存的樣本,也是科研工作中經常用到的樣本類型,包含冷凍組織解離細胞、凍存的原代細胞。冷凍過程會對部分細胞結構造成損傷,即便細胞可以被分選出來,內部核酸也可能存在部分降解。處理這類樣本時,要注意凍存樣本復蘇操作的規范性,復蘇完成之后快速進行細胞活性檢測,篩選存活狀態較好的細胞開展實驗。凍存樣本不建議反復凍融,一旦完成復蘇,需要盡快完成單細胞分選與擴增實驗。如果樣本中破碎細胞占比偏高,需要增加篩選步驟,舍棄破損細胞,只選取形態完好的細胞進入擴增反應。對于核酸降解程度偏高的樣本,在實驗操作中可以適當優化裂解步驟的時間,保證細胞內核酸充分釋放,同時避免過度裂解引入過多雜質。
微量穿刺樣本、稀少細胞樣本,這類樣本獲取難度高,能夠得到的細胞數量有限,樣本中的雜質占比相對更高。這類樣本實驗容錯空間較小,每一步操作都需要更加謹慎。在樣本處理階段,盡量減少樣本轉移的次數,降低細胞丟失。分選單細胞的時候,盡量在短時間內完成操作,避免樣本長時間暴露在室溫環境。配置反應體系的時候,操作盡量輕柔,減少氣泡產生,氣泡會干擾酶促反應的進行。這類樣本建議設置空白對照,區分樣本自帶雜質與實驗操作帶來的背景信號。實驗結束之后,結合產物的檢測結果,判斷擴增是否達到實驗預期,以此反向調整后續樣本處理方式。
除了樣本前處理,實驗過程中的細節調整同樣重要。不同樣本進入擴增體系之后,體系內的環境會發生改變,實驗人員要結合樣本的實際情況,靈活把控裂解、孵育等操作時長,不要死板套用試劑盒說明書的固定流程。每一批次實驗,都需要配套設置對照樣本,對照可以幫助區分是試劑盒本身的問題,還是樣本特性帶來的實驗差異。
在日常實驗中,科研人員也需要做好實驗記錄,把樣本來源、前處理方式、操作調整細節以及最終實驗結果完整記錄下來。積累不同樣本的操作經驗,逐步形成適配對應樣本的操作習慣。單細胞擴增實驗結果受多重因素影響,試劑盒提供標準化的反應基礎,而樣本本身的特性,需要依靠實驗人員結合實際情況進行適配調整。
做好不同樣本類型的適配工作,能夠降低實驗失敗概率,提升實驗數據的可重復性。分子生物學研究中,樣本多樣性是常態,只有充分認識各類樣本的特點,優化對應的實驗操作,才可以更好發揮單細胞擴增技術的作用,為后續的數據分析與生物學機制探究打下扎實的實驗基礎。