华人杰青Nature Methods新研究成果

　　

    生物通报道  近日科学家们开发一种新型的微流体芯片能够自动定位数百个果蝇胚胎，这一芯片可在未来的实验中帮助科研人员研究生物体从单个细胞发育形成复杂结构的过程和机制。

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    在胚胎的发育过程中第一重要的阶段就是其背腹轴的形成。目前科学家们尚不清楚背腹轴发育机制，尤其是整个过程中蛋白质的存在和定位，这要求研究人员能够在不同的时间点以及不同的遗传背景下同时监测大量的胚胎。

    “收集和分析背腹轴的信号和转录模式要求研究人员必须人工控制单个胚胎，此外还必须进行高通量的实验操作才能获得具有统计学意义的结果，这无疑是非常困难的事情，”乔治亚理工大学化学和生物分子工程系副教授陆航（Hang Lu）说。

    为了能够大规模定量分析背腹轴的蛋白定位信息，陆航设计了一个微流体芯片能够在短短几分钟时间内可靠高效地定位数百个胚胎。关于这一芯片的设计以及对于果蝇胚胎概念证明实验的结果已于12月26日在线发表在《自然-方法学》（Nature Methods）杂志上。这一研究得到了美国国家科学基金会、国立卫生研究所、斯隆基金会（the Alfred P. Sloan Foundation）以及杜邦年轻教授计划的资金资助。

    陆航是在乔治亚大学研究生Kwanghun Chung和大学生Emily Gong的帮助下完成了该芯片的设计和制作工作。这个用聚二甲基硅氧烷（PMDS）为材料制成的芯片只有一个载玻片大小，形状像米粒，然而上面却包含了大约有700个胚胎陷阱。

    在操作中，流体通过一个“S”型的槽道，这个槽道的宽度可确保任何方向的胚胎都能轻易地通过它。流体有效地引导胚胎朝陷阱移动，在此过程中同时清除掉额外的不合适的胚胎。

    “这个流体模型能够显著提高胚胎与陷阱的接触频率，”陆航解释说：“我们在实验中证实90%的胚胎都能被芯片捕获，这对于那些过去只能获得少量胚胎的研究将是极具有价值的。”

    当一个胚胎接近一个空的陷阱时，受到非均一压力以及周围流体剪切力的作用。产生的合力使胚胎发生垂直翻转，从而将其垂直插入到圆筒陷阱中，同时背腹轴与平面平行，就这样胚胎被固定在了陷阱中。这种锁定特性使得芯片上的管道能够与芯片其他部分分离用于成像分析。

    “我们曾将捕获了果蝇胚胎的微流体芯片寄给我们在普林斯顿大学的合作者，当他们收到邮寄的芯片时，胚胎仍垂直地锁定在陷阱中，”陆航说。

    陆航与普林斯顿大学化学和生物工程系的副教授Stanislav Shvartsman以及学生Yoosik Kim合作一起对芯片的性能进行了检测。普林斯顿的研究人员利用这个微流体芯片对固定胚胎中的成形素（morphogens）信号分子进行了梯度定量，并用芯片对活胚胎中的核分裂进行了监测。

    在一项试验中，普林斯顿大学的研究人员确定了转录因子Dorsal的空间分布。Dorsal在果蝇的背腹模式形成中发挥了关键性的作用。研究人员还对野生型和突变胚胎进行了梯度定量比较。

    “这种芯片设备可以大大提高固定和活胚胎的捕获数量，使得发育生物学家能够同时对这些胚胎进行成像分析，帮助他们精确解析各种他们感兴趣的研究课题，”陆航说。

    在未来，科学家们还可以利用这种微流体芯片对其他多种模式生物例如斑马鱼或蠕虫胚胎进行模式形成及形态发生研究。这些研究结果对于科研团体来说非常的重要，因为在蠕虫、果蝇及哺乳动物中许多控制发育的基因都是非常相似的。

（生物通：何嫱)