2015重大技术进展：单细胞分析、成像

　　每到年终，The scientist会对本年度的创新产品、年度科学人物和学术界丑闻等进行一系列的盘点。在发表于12月24日的“Top Technical Advances 2015”文章中，该期刊总结了今年CRISPR、光遗传学、单细胞分析和成像技术领域取得的一些重大进展。

　　上接：2015重大技术进展：CRISPR、光遗传学

　　单细胞分析

　　通过分析单个细胞的独特方面，今年科学家们鉴别出了一个新的细菌门，检测出了小鼠肠内最罕见的细胞类型。近年来，随着实验方案的通量及精度越来越高单细胞分析蓬勃发展。

　　从一个个地成像细胞畸形到捕获单细胞分子成分快照，由于科学家们采用了一些聪明的方法来利用微流体，分选或分析单个细胞变得越来越实用。通过显著扩大可平行检查的细胞数量，从大约100个到最多数千个，今年单细胞转录组取得了相当大的飞跃。哈佛大学的Marc Kirschner和Steve McCarroll独立开发出了一些在液滴中捕获单个细胞的微流体设备，连同制备细胞cDNA文库的所有试剂。

　　约翰霍普金斯大学医院的Donald Zack说：“创新之处在于利用了一种水油乳剂作为液滴中的试管。每个细胞不再需要一个孔或一个小斑点，现在它们可以将通量提高多个数量级。”

　　单细胞分析也并不限于微流体装置。例如，研究人员利用了与体外受精中使用的相似的一种极小的微毛细管，来抽吸单个植物细胞中的内容物。随后这些材料被注射到质谱仪中弄清楚细胞的成分。尽管大多数的质谱读值都是未识别峰，新实验方案“对于研究团体向前推进这类分析非常有用，”佛罗里达大学的陈思学（Sixue Chen）说。

　　成像

　　今年生命科学成像打破了一些障碍，科学家们在一些显微镜方法基础上更深层次地看到了活体组织。

　　10月，普渡大学的陈继新（Ji-Xin Cheng）教授与同事们报道称，他们利用体内振动光谱成像大大提高了采集图像图像的速度（从分钟提高到秒），这一技术不再需要荧光。关键的改进在不再需要光谱仪——它是在光激发的样品中收集分子振动信号。而陈继新小组是在光子进入到组织中去之前就给它们标上了颜色代码。

　　陈继新说：“我们的想法是在将光子发送到组织中去之前，我们以不同的兆赫频率编码每种颜色。通过这种方式我们可在几十微秒内收集漫射光子，通过编码频率和光颜色之间的一一对应关系来检索光谱。”

　　伊利诺伊大学生物工程教授Stephen Boppart说：“这是朝着提高这一技术实用性取得的一个很好的进展。作者们加快了采集的速度，使得能够在体内及高度光子散射组织中采集图像。”

　　同月，由Janelia研究学院的Philipp Keller领导的一个研究小组，证实了显微镜能够在三维空间，并在生物学相关时间尺度上显像整个非透明的动物。研究人员成像了果蝇神经系统的发育过程，最终总共有1万个细胞。“这远远高于线虫的302个神经元，线虫是当前唯一在单细胞水平上成像整个神经系统的动物，”Keller说。

　　Keller研究小组的显微镜有4个物镜，组合它们的图像，每秒可生成3.2千兆字节的数据。Keller在新闻发布会上说：“在我们记录下并展开这些图像后，我们可以得到非常清晰的数据。现在它成为了我们最先进的成像显微镜，我们肯定将会利用它。”