Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)

通過分析單細胞或克降的功能、表型和基因型，一次實驗快速篩選幾千到幾萬個單細胞，深入理解細胞功能，加速新療法的開發(fā)。

一：技術(shù)原理：

布魯克的光流控技術(shù)（Optofluidic Technology）是集納升級微反應(yīng)器技術(shù)（NanoPen™）光電定位技術(shù)( OptoelectroPositioning，OEP™)、及AI算法為一體的劃時代數(shù)字細胞生物學(xué)技術(shù)。在一塊CPU大小的半導(dǎo)體芯片上，單個活細胞可通過微反應(yīng)器技術(shù)在納升級的小室中進行培養(yǎng)及實驗，并可通過光電定位技術(shù)進行靈活的導(dǎo)入和導(dǎo)出。細胞的性狀、實驗結(jié)果分析等通過AI算法精密計算，實現(xiàn)了全自動化操作。

納升級微反應(yīng)器技術(shù)：OptoSelect芯片上有數(shù)千到上萬個納升級別的NanoPen小室，小室上方是試劑和細胞的通道，在培養(yǎng)基流動過程中，小室中的細胞和微珠等不會受到通道層流的干擾，小分子包括營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物可以通過濃度梯度擴散實現(xiàn)細胞的持續(xù)培養(yǎng)，抗體和細胞因子等大分子則可以在十幾分鐘內(nèi)在小室內(nèi)積累到可被檢測的濃度，從而實現(xiàn)對單個細胞快速表征。

二：應(yīng)用領(lǐng)域

1、抗病毒中和抗體發(fā)現(xiàn)

目前獲得抗病毒中和抗體有三種策略：1，從康復(fù)病人血液中獲得；2，用病毒蛋白免疫小鼠通過通過抗體發(fā)現(xiàn)過程獲得；3，通過篩選人天然抗體庫獲得。其中通過第1種策略獲得的中和抗體效果好，耗時短。將從康復(fù)病人血液中富集的B細胞進行單個B 細胞水平的篩選及測序，從而快速高效地獲得抗病毒中和抗體。單個B細胞抗體發(fā)現(xiàn)具有很多優(yōu)勢，成為抗體發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域的熱門新方向，但受限于常規(guī)技術(shù)平臺難以實現(xiàn)單個B細胞的分離，篩選和回收。Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)將單個B細胞導(dǎo)入到芯片中的納升級培養(yǎng)小室（NanoPen）中后，可平行檢測抗原特異性抗體的分泌，并進行相關(guān)功能性驗證，并針對性的導(dǎo)出目標B細胞。配合下游的單細胞mRNA測序，可在兩天內(nèi)完成細胞表型篩選并得到相應(yīng)的抗體重輕鏈序列。相較于傳統(tǒng)的抗體制備技術(shù)， Beacon平臺具有細胞利用率高，回收效率高，支持人源化，重鏈和輕鏈序列信息配對等優(yōu)勢。

2、抗體工程

抗體藥物研發(fā)過程中，為使篩選后得到的抗體具有理想的結(jié)構(gòu)和活性，往往需要進行多輪的改造和優(yōu)化。如通過基因工程的手段對抗體基因進行加工改造、轉(zhuǎn)染到工程細胞重新裝配、并進行功能篩選和分析，以便確認該改造是否符合需求。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)染后篩選需要數(shù)周時間，而Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)僅需 3-5 天即可實現(xiàn)，極大地節(jié)省了抗體工程優(yōu)化流程的時間成本。

3、腫瘤免疫治療

在腫瘤免疫治療中，為了驗證細胞的改造效率，優(yōu)化治療用細胞的劑量，業(yè)界一直在尋找一種可對改造后T淋巴細胞進行高效篩選驗證的技術(shù)手段。Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)可以實現(xiàn)對T淋巴細胞進行特異性激活，并檢測特定細胞因子的分泌，從而實現(xiàn)對T淋巴細胞的功能性篩選。篩選后導(dǎo)出T淋巴細胞，可配合下游的基因表達譜分析（gene profiling），T細胞受體測序（TCR sequencing），T 細胞受體改造（TCR engineering）等 手段，大幅提升篩選效率。

4、基因編輯

基因編輯技術(shù)是免疫學(xué)、細胞生物學(xué)等學(xué)科的重要研究手段，也是物種改良、疾病預(yù)防、治病治療等領(lǐng)域的重要途徑。常規(guī)基因編輯實驗過程中，在轉(zhuǎn)染后的篩選過程中，需要 1-2 個月進行大量鋪板、利用成像或生化等手段進行單克隆篩選和鑒定，而 Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)僅需 5 天，即可在更大規(guī)模地全自動地篩選所需的目標克隆，即可提高實驗效率、節(jié)省人力成本，也可得到更可靠詳實的實驗成果。

5、細胞共培養(yǎng)研究

體外細胞共培養(yǎng)(cell co-culture)技術(shù)能模擬體內(nèi)生成的微環(huán)境,便于更好地觀察細胞與細胞、細胞與培養(yǎng)環(huán)境之間的相互作用以及探討藥物的作用機制和可能的作用靶點。Beacon 單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)因其精準的細胞操作和高通量，可以為體外細胞共培養(yǎng)提供更多研究手段，如細胞間的殺傷、吞噬、協(xié)同等實驗策略。

6、細胞克隆和亞克隆

有限稀釋，流式分選等方法是細胞克隆的常見手段，在將細胞分到數(shù)十塊微孔板后，還需要人工通過顯微鏡逐個檢查是否為單細胞、通過成像系統(tǒng)來判斷或通過生化手段來鑒定，每輪需要 3-4 周，根據(jù)不同應(yīng)用單克隆性要求的不同，需要采用1至2輪的克隆步驟，整個過程極其繁瑣費時，且誤操作可能性較大。而Beacon單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)則可以在5天內(nèi)實現(xiàn)全自動細胞克隆和回收，輕松獲得單克隆比例達99.5%的優(yōu)質(zhì)克隆。其全程配備圖像和影像記錄，并可以設(shè)計功能性驗證環(huán)節(jié)。利用Beacon單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)在芯片上同樣也可以進行亞克隆，只需將芯片上特定NanoPen中單克隆的部分細胞分離導(dǎo)出，擴大培養(yǎng)，便可輕松實現(xiàn)克隆與亞克隆的平行培養(yǎng)。

7、表型與基因型對應(yīng)

表型和基因型的對應(yīng)一直是免疫學(xué)和細胞生物學(xué)研究的痛點之一，具有操作復(fù)雜、準確度不高、需要耗費大量人力物力等困難。而Beacon單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)由于可以定制化定向?qū)С�，可以解決這個問題。在完成對單克隆的表現(xiàn)檢測后，Beacon支持將特定克隆進行定向?qū)С�，配合下游的基因測序數(shù)據(jù)，直接對接表型數(shù)據(jù)和基因型數(shù)據(jù)。同時，Beacon單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)也支持對于單克隆的亞克隆的導(dǎo)出，在對部分亞克隆進行測序的同時，繼續(xù)培養(yǎng)原單克隆，并進行更多的生化分析，極大的豐富了從同一單克隆樣品中可獲取的數(shù)據(jù)種類。

三：技術(shù)優(yōu)勢

1、精準無損的單細胞操作：可利用光電定位系統(tǒng)，同時輕松操作數(shù)千個單細胞，  并進行平行的培養(yǎng)，分析等研究。

2、通量高：可同時運行4張芯片，約50000個細胞。并支持多種芯片類型，靈活的滿足不同通量的實驗需求。

3、全自動：細胞導(dǎo)入，培養(yǎng)，克隆，亞克隆，檢測，篩選全部為自動化流程，較大程度的避免了手工操作帶來的可能誤差或錯誤。

4、軟件易用：觸摸屏操作，圖形化界面，實驗流程設(shè)計靈活，直觀，易上手。

5、大幅節(jié)省時間：單個B細胞抗體發(fā)現(xiàn)流程從常規(guī)3-6個月縮減至2天；克隆流程從常規(guī)2-3周縮減至約3天。

6、高靈敏度：常規(guī)單個細胞置于微孔板中，需要培養(yǎng)數(shù)周，達到一定密度后才能進行分泌蛋白等指標的檢測；而Beacon每個NanoPen體積僅有0.5-1 nl，單個細胞置于其中，密度等同于1E6 cell/ml，因此易于檢測，靈敏度高。