單細胞空間組學(xué)技術(shù)是表征多細胞系統(tǒng)的細胞狀態(tài)和相互作用的關(guān)鍵，已經(jīng)被廣泛運用于組織切片樣品，但鮮有應(yīng)用在完整的多細胞生物樣品。果蠅胚胎是遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)中廣泛使用的多細胞模式系統(tǒng)。其發(fā)育斑圖隨時空顯著變化，傳統(tǒng)實驗方法通常誤差偏大且測量通量較低，而測量通量高的基于測序的空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)則不適用于尚未形成細胞膜的早期果蠅胚胎，所以長期以來精準量化同一胚胎的多基因蛋白表達圖譜一直是亟待解決的難題。基于微流控芯片的多重免疫熒光染色技術(shù)有望克服上述挑戰(zhàn)。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，2022年11月，北京大學(xué)定量生物學(xué)中心/河北工業(yè)大學(xué)劉峰課題組和北京大學(xué)定量生物學(xué)中心/物理學(xué)院羅春雄課題組在《Lab on a chip》合作發(fā)表了題為“An integrated microfluidic device for multiplexed imaging on spatial gene expression patterns of Drosophila embryos” 的封面文章，開發(fā)出了一種基于微流控芯片實現(xiàn)多重免疫熒光染色的果蠅胚胎多標蛋白定量成像系統(tǒng) （圖1）。

圖1 整體示意圖（Lab on a chip封面推薦） 研究者優(yōu)化了捕獲染色設(shè)計并成功制備了三層套刻的微流控芯片系統(tǒng)（圖2A-C）。該系統(tǒng)可以自動捕獲多個果蠅胚胎并實現(xiàn)90%以上的胚胎捕獲率，且捕獲的胚胎具有80%以上的水平朝向選擇性。超過胚胎高度的一半的底層染液的設(shè)計可以實現(xiàn)在芯片內(nèi)整個胚胎均勻免疫熒光染色，染色效果同傳統(tǒng)染色實驗一致，但與傳統(tǒng)染色實驗相比更有效率、消耗試劑更少。同時該系統(tǒng)通過標記、洗脫、再標記的自動循環(huán)操作，實現(xiàn)了同一個胚胎上的多標蛋白成像以得到具有空間信息的多基因蛋白表達圖譜 （圖2D）。

圖2 果蠅胚胎多標蛋白定量成像微流控系統(tǒng)。（A）芯片設(shè)計；（B）模擬結(jié)果成像；（C）洗脫實驗結(jié)果；（D）多標染色流程示意圖。 該工作為日益蓬勃發(fā)展的多基因標記技術(shù)提供了新思路，特別是為解決多細胞體系的多標蛋白成像提供了良好的借鑒。利用該微流控系統(tǒng)，將有助于全面觀測多細胞生物的基因表達斑圖和深入解析其調(diào)控機理。 北京大學(xué)物理學(xué)院18級博士生朱紅村為本文的第一作者，另一位作者為北京大學(xué)定量生物學(xué)中心17級博士畢業(yè)生沈雯婷。劉峰研究員和羅春雄教授為本文的通訊作者。該工作獲得了國家自然科學(xué)基金重點和面上項目、北京大學(xué)物理學(xué)院介觀物理重點實驗室的資助和支持。

審核編輯 ：李倩