Beacon 单细胞光导系统

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

单细胞光导系统通过整合光电定位技术和微流控技术，实现了在芯片的纳升级小室中，高通量地进行基于单细胞的细胞生物学研究。

一、技术突破

现有单克隆细胞株开发过程中的单细胞操作技术，比如有限稀释法、流式分选仪等技术，虽然能够得到单细胞，但是往往会损伤细胞，干扰细胞的正常状态，因此形成克隆的比例很低；还存在单克隆性不佳、观测困难、时间长、通量低、可塑性差等缺点，事倍功半。此外，仅仅得到单细胞远远不够，还有细胞培养、检测、导出等流程需要合适的解决方案。如果使用非整合性的方案，常常会出现培养困难、难以分析、导出不易或重复性差等问题，而抹杀了在前期取得单细胞的努力。

而 Beacon 单细胞光导系统可以从实验之初直接操作和培养单个目标细胞，结果可靠、效率极高。此系统将独有的光电定位技术（OptoElectroPositioning）与新颖的纳流控设计结合，不仅可以在一张芯片上精准地对单细胞进行挑选，还可以直接进行培养、实时而不间断地利用多个不同的通道，检测细胞状态、对单细胞或单克隆进行多种实验，并根据实验时读取的特定结果导出需要目标细胞和目标克隆。

其 4 个核心模块 import, culture, assay, export 完美结合，流畅地完成了单克隆细胞株开发所需的大部分流程，自动化操作可以避免常规单克隆细胞株开发过程中的人为因素干扰并增进稳定性及重复性，使最终结果更加科学可靠。

Beacon 单细胞光导系统

Beacon 单细胞光导系统是目前唯一可直接无损操控单细胞、并进行全自动培养、检测、克隆、导出和深入研究的综合性系统，将大力提升研究人员的研究效果，将帮助本部门在单克隆细胞株开发方面取得突破、节省时间、并做更多项目。

二、应用领域

1、抗病毒中和抗体发现

目前获得抗病毒中和抗体有三种策略：1，从康复病人血液中获得；2，用病毒蛋白免疫小鼠通过通过抗体发现过程获得；3，通过筛选人天然抗体库获得。其中通过第一种策略获得的中和抗体效果最好，耗时最短。将从康复病人血液中富集的B细胞进行单个B 细胞水平的筛选及测序，从而快速高效地获得抗病毒中和抗体。单个B细胞抗体发现具有很多优势，成为抗体发现领域的热门新方向，但受限于常规技术平台难以实现单个B细胞的分离，筛选和回收。Beacon 单细胞光导系统将单个B细胞导入到芯片中的纳升级培养小室（NanoPen）中后，可平行检测抗原特异性抗体的分泌，并进行相关功能性验证，并针对性的导出目标B细胞。配合下游的单细胞mRNA测序，可在两天内完成细胞表型筛选并得到相应的抗体重轻链序列。相较于传统的抗体制备技术， Beacon平台具有细胞利用率高，回收效率高，支持人源化，重链和轻链序列信息配对等优势。

2、抗体工程

抗体药物研发过程中，为使筛选后得到的抗体具有最佳结构和活性，往往需要进行多轮的改造和优化。如通过基因工程的手段对抗体基因进行加工改造、转染到工程细胞重新装配、并进行功能筛选和分析，以便确认该改造是否符合需求。传统转染后筛选需要数周时间，而Beacon 单细胞光导系统仅需 3-5 天即可实现，极大地节省了抗体工程优化流程的时间成本。

3、肿瘤免疫治疗

在肿瘤免疫治疗中，为了验证细胞的改造效率，优化治疗用细胞的剂量，业界一直在寻找一种可对改造后T淋巴细胞进行高效筛选验证的技术手段。Beacon 单细胞光导系统可以实现对T淋巴细胞进行特异性激活，并检测特定细胞因子的分泌，从而实现对T淋巴细胞的功能性筛选。筛选后导出T淋巴细胞，可配合下游的基因表达谱分析（gene profiling），T细胞受体测序（TCR sequencing），T 细胞受体改造（TCR engineering）等手段，大幅提升筛选效率。

4、基因编辑

基因编辑技术是免疫学、细胞生物学等学科的重要研究手段，也是物种改良、疾病预防、治病治疗等领域的重要途径。常规基因编辑实验过程中，在转染后的筛选过程中，需要 1-2 个月进行大量铺板、利用成像或生化等手段进行单克隆筛选和鉴定，而 Beacon 单细胞光导系统仅需 5 天，即可在更大规模地全自动地筛选所需的目标克隆，即可提高实验效率、节省人力成本，也可得到更可靠详实的实验成果。

5、细胞共培养研究

体外细胞共培养(cell co-culture)技术能模拟体内生成的微环境,便于更好地观察细胞与细胞、细胞与培养环境之间的相互作用以及探讨药物的作用机制和可能的作用靶点。Beacon 单细胞光导系统因其精准的细胞操作和高通量，可以为体外细胞共培养提供更多研究手段，如细胞间的杀伤、吞噬、协同等实验策略。

6、细胞克隆和亚克隆