芝加哥大学分子工程研究所的研究人员开发了一种新的“芯片实验室”，可以在一周的时间内检测数千个单独的活细胞，进行的实验需要超过100万步。实验室。

信用卡大小的微流体设备不仅节省了时间和金钱，而且还提供了单个干细胞如何对不同分子和环境作出反应的新视角。

当研究人员检查设备上的神经干细胞并分析数据时，他们发现了几个新规则，这些规则决定了导致细胞分化或自我更新所需的时间和信号序列。该发现可能对理解大脑发育或用免疫疗法治疗患者有影响。

“我们希望开发一种微流体装置，能够以自动化，高通量的方式对单个细胞进行分类，成像和培养，”Assoc说。该研究的第一作者Savas Tay教授于4月3日发表在“科学进展”杂志上。“我们实现了这一目标，现在我们已经了解干细胞如何做出决定。这非常令人兴奋。”

开发一种研究细胞的新方法

我们体内的细胞不断响应不同的信号和环境的变化。例如，在干细胞中，在不同时间点接收的信号决定了细胞如何选择它将发育成哪种细胞。一个信号可能导致干细胞分化成另一个细胞，而另一个信号可能导致它保持其形态。

研究人员目前无法在体内的单个细胞上研究这些信号分子。这种分析可以在实验室中通过昂贵，耗时的实验来完成，但它们最终无法测试所有可能的结果。

微流体装置具有微小的腔室，通道和阀门，为研究人员提供了一种更快速，自动化的方法来研究细胞中的这些反应。但是这些装置提供了有限数量的腔室 - 这意味着研究人员只能测试每个细胞的一定条件 - 并且无法使细胞保持足够长的时间以便长时间研究它们。

找到一种方法来保持挑剔的细胞活着

泰和他的合作者开始改变这种状况。他们设计了一种微流体装置，其具有1,500个自动化室 - 远高于类似装置，其低于100.该装置还可以进行若干任务，如细胞刺激，培养，成像和分选 - 这些任务之前已降级为单独的装置。它可以以不同的模式培养细胞 - 这意味着它可以同时检查不同类型的细胞。

最后，由于采用了将培养基扩散到细胞培养物中的新技术，该装置还可以使细胞保持更长时间。通常，为了保持细胞存活，研究人员必须每隔几个小时更换一次所保存的培养基。这种变化会震动细胞，经过几次冲击后，细胞就会死亡。研究人员的新技术将介质扩散到细胞室中，这是一种不会对细胞产生冲击的更温和的过程。

在该装置的第一次实验中，研究人员研究了不同的信号分子如何影响小鼠神经干细胞的结果。这些实验产生了数百万个数据点，因此Tay与UChicago医学和遗传学教授Andrey Rzhetsky合作，对大型数据集进行了机器学习分析。

他们发现某些信号组合会协同作用并导致细胞分化，而其他分子会关闭这些过程。这些信号的时间也至关重要。研究人员发现，如果在正确的时间输送分子，它可以改变干细胞的过程，从分化到自我更新。

“有一些信号是非常优化的，信号的确切时间很重要，”Tay说。“以前没有办法动态监测这些细胞，所以找到并理解这些原理是令人兴奋的。”

接下来，研究人员希望利用该装置研究类干细胞，这些组织来源于干细胞，它们像微小器官一样组织起来。

最终，像这样的设备可用于免疫疗法等领域，在这些领域，患者自身的免疫系统受到刺激，有助于对抗疾病。可以移除患者的干细胞，将其置于装置中并给予正确的分子组合以将它们发育成某一谱系，然后将其放回体内。

“我们希望能够将这种装置用于细胞生物学中的各种问题，”Tay说。

论文的其他作者包括Ce Zhang和Tsi的Hsiung-Lin Tu，他们是Tay实验室的前博士后研究员;Gengjie Jia，Rzhetsky实验室的博士后;以及巴塞尔大学的Verdon Taylor和Tanzila Mukhtar。