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新型质谱技术让神经化学研究进入单细胞时代

2017-04-17 09:51
小鱼时代
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单细胞技术不仅在测序方面取得了极大进展,单细胞质谱分析也正在逐渐得到更多的关注。与用于分析单个细胞基因组的单细胞测序不同,单细胞质谱主要是研究单个细胞内的代谢物情况。

今年初,中国科大的熊伟教授和黄光明教授等人在PNAS上发表了一项研究,他们利用一种新技术对单个神经元内的数千种化学小分子进行了快速质谱检测,并且可以做到同步采集电生理信号,在单细胞层次上成功地完成了对神经元功能、代谢物组成及其代谢通路的研究。

世界上没有两片完全相同的叶子,细胞也是。然而,科学家们在进行现代生物学研究时,大多时候都考察的是细胞群体,而忽略了细胞异质性。

就拿神经细胞来说,大脑中有亿万个神经细胞,这些神经细胞在细胞形态,突触连结,细胞结构,电生理以及生理功能上具有高度的多样性。不同种类的神经细胞中,其基因组、蛋白组、化学分子组成、含量、代谢也都有着很大的差别。在直径不到1毫米的一个很小的脑区,可能就存在几十种甚至上百种完全不同的神经元以及胶质细胞类型。甚至很多情况下,即使物理距离上相邻的两个神经元也可能是两个不同的神经元类型。因此,对脑内单个神经元的基因组、蛋白质组以及代谢组进行分析,具有重要的生物学价值。

单细胞技术在近年发展非常迅速,比如单细胞测序,已经广泛应用于各种生命学科的研究。2014年1月Nature Methods上发表的年度特别报道,将“单细胞测序”(Singled out for sequencing)的应用列为2013年度最重要的方法学进展。

单细胞技术不仅在测序方面取得了极大进展,单细胞质谱分析也正在逐渐得到更多的关注。与用于分析单个细胞基因组的单细胞测序不同,单细胞质谱主要是研究单个细胞内的代谢物情况,例如化学小分子的组成、含量和代谢等等。单细胞质谱的优势在于可以高通量检测目前其它单细胞技术无法检测的小分子化合物,以及它们的代谢过程。同时,由于质谱本身的优势,不需要采取测序或者特异性抗体等外部手段,就可以精确分析检测到的化学物质信息,可以说是“物美价廉”。 不过,由于质谱技术本身的局限性,目前还无法做到类似单细胞测序那样的大规模测量。

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