Nature Methods：单细胞western blot

正如世界上没有两片相同的树叶，世界上也没有两个相同的细胞。探索细胞之间的异质性，有助于了解复杂的细胞世界。为此，美国加州大学伯克利分校的研究人员开发出一种单细胞western blot方法，实现了单细胞分辨率的蛋白质分析。这项成果发表在最新一期的《Nature Methods》杂志上。

异质性是细胞过程所固有的，包括干细胞分化、发育、癌症、药效及免疫反应等。为了充分了解复杂细胞群体中多样化的行为，研究人员需要一些分析工具，带来单细胞分辨率、提供定量且高度特异的目标蛋白检测，但又不使用可能干扰细胞功能的标签。目前的一些方法多存在限制，要么特异性有限，要么反映了细胞群体而非单个细胞的行为。

为此，美国加州大学伯克利分校（UC Berkeley）生物工程系的研究人员开发出一种单细胞western blot（scWestern）方法。具体来说，它采用一块可扩展的开放式微孔芯片结构，能在4小时内同时分析~2000个细胞。他们应用这种方法来研究体外刺激下的干细胞信号和分化反应。

scWestern分析采用显微镜玻片，包被有30-μm厚的光敏聚丙烯酰胺（PA）凝胶，而芯片上共有6720个微孔。这些微孔的直径为20 μm，是在聚丙烯酰胺凝胶聚合时形成的。为了实现数千个单细胞的同时分析，scWestern整合了所有关键的western blot步骤。

研究人员称，三个基本的设计原则支撑了scWestern。首先，在流体、光学和电子接口方面，他们从整体上解决了scWestern，这实现了高度平行的分析，而不需要单独获取每个细胞。通过被动重力驱动的细胞设置，细胞悬液接种到微孔中，每个微孔在5-10分钟内捕获0-4个细胞。

作为第二个设计原则，他们通过优化短分离距离的聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE），实现了高密度的scWestern芯片。在细胞裂解后电泳开始，他们在浸没的scWestern玻片上应用电场，电泳蛋白穿过微孔壁，进入薄的凝胶层。第三个设计原则利用了反应（蛋白质固定）和运输（抗体杂交）的小特征长度。在PAGE之后，蛋白质与PA凝胶交联。之后进行抗体杂交和检测。

研究人员应用这种scWestern方法来监控大鼠神经干细胞的单细胞分化以及对有丝分裂原刺激的响应。他们发现，scWestern能定量每个单细胞中最多11种目标蛋白，在与FACS整合时，支持稀有或珍贵细胞（~200个）的分析。

研究人员认为，scWestern突破了其他单细胞蛋白分析方法的限制，作为一种多功能的工具，能够以单细胞分辨率研究复杂的细胞群体。（生物通 薄荷）

原文检索

Single-cell western blotting

Nature Methods 11, 749–755 (2014) doi:10.1038/nmeth.2992