Beacon 單細胞光導系統

通過(guò)分析單細胞或克降的功能、表型和基因型，一次實(shí)驗快速篩選幾千到幾萬(wàn)個(gè)單細胞，深入理解細胞功能，加速新療法的開(kāi)發(fā)。

一：技術(shù)原理：

布魯克的光流控技術(shù)（Optofluidic Technology）是集納升級微反應器技術(shù)（NanoPen™）光電定位技術(shù)( OptoelectroPositioning，OEP™)、及AI算法為一體的劃時(shí)代數字細胞生物學(xué)技術(shù)。在一塊CPU大小的半導體芯片上，單個(gè)活細胞可通過(guò)微反應器技術(shù)在納升級的小室中進(jìn)行培養及實(shí)驗，并可通過(guò)光電定位技術(shù)進(jìn)行靈活的導入和導出。細胞的性狀、實(shí)驗結果分析等通過(guò)AI算法精密計算，實(shí)現了全自動(dòng)化操作。

納升級微反應器技術(shù)：OptoSelect芯片上有數千到上萬(wàn)個(gè)納升級別的NanoPen小室，小室上方是試劑和細胞的通道，在培養基流動(dòng)過(guò)程中，小室中的細胞和微珠等不會(huì )受到通道層流的干擾，小分子包括營(yíng)養物質(zhì)和代謝產(chǎn)物可以通過(guò)濃度梯度擴散實(shí)現細胞的持續培養，抗體和細胞因子等大分子則可以在十幾分鐘內在小室內積累到可被檢測的濃度，從而實(shí)現對單個(gè)細胞快速表征。

二：應用領(lǐng)域

1、抗病毒中和抗體發(fā)現

目前獲得抗病毒中和抗體有三種策略：1，從康復病人血液中獲得；2，用病毒蛋白免疫小鼠通過(guò)通過(guò)抗體發(fā)現過(guò)程獲得；3，通過(guò)篩選人天然抗體庫獲得。其中通過(guò)第1種策略獲得的中和抗體效果好，耗時(shí)短。將從康復病人血液中富集的B細胞進(jìn)行單個(gè)B 細胞水平的篩選及測序，從而快速高效地獲得抗病毒中和抗體。單個(gè)B細胞抗體發(fā)現具有很多優(yōu)勢，成為抗體發(fā)現領(lǐng)域的熱門(mén)新方向，但受限于常規技術(shù)平臺難以實(shí)現單個(gè)B細胞的分離，篩選和回收。Beacon 單細胞光導系統將單個(gè)B細胞導入到芯片中的納升級培養小室（NanoPen）中后，可平行檢測抗原特異性抗體的分泌，并進(jìn)行相關(guān)功能性驗證，并針對性的導出目標B細胞。配合下游的單細胞mRNA測序，可在兩天內完成細胞表型篩選并得到相應的抗體重輕鏈序列。相較于傳統的抗體制備技術(shù)， Beacon平臺具有細胞利用率高，回收效率高，支持人源化，重鏈和輕鏈序列信息配對等優(yōu)勢。

2、抗體工程

抗體藥物研發(fā)過(guò)程中，為使篩選后得到的抗體具有理想的結構和活性，往往需要進(jìn)行多輪的改造和優(yōu)化。如通過(guò)基因工程的手段對抗體基因進(jìn)行加工改造、轉染到工程細胞重新裝配、并進(jìn)行功能篩選和分析，以便確認該改造是否符合需求。傳統轉染后篩選需要數周時(shí)間，而B(niǎo)eacon 單細胞光導系統僅需 3-5 天即可實(shí)現，極大地節省了抗體工程優(yōu)化流程的時(shí)間成本。

3、腫瘤免疫治療

在腫瘤免疫治療中，為了驗證細胞的改造效率，優(yōu)化治療用細胞的劑量，業(yè)界一直在尋找一種可對改造后T淋巴細胞進(jìn)行高效篩選驗證的技術(shù)手段。Beacon 單細胞光導系統可以實(shí)現對T淋巴細胞進(jìn)行特異性激活，并檢測特定細胞因子的分泌，從而實(shí)現對T淋巴細胞的功能性篩選。篩選后導出T淋巴細胞，可配合下游的基因表達譜分析（gene profiling），T細胞受體測序（TCR sequencing），T 細胞受體改造（TCR engineering）等 手段，大幅提升篩選效率。

4、基因編輯

基因編輯技術(shù)是免疫學(xué)、細胞生物學(xué)等學(xué)科的重要研究手段，也是物種改良、疾病預防、治病治療等領(lǐng)域的重要途徑。常規基因編輯實(shí)驗過(guò)程中，在轉染后的篩選過(guò)程中，需要 1-2 個(gè)月進(jìn)行大量鋪板、利用成像或生化等手段進(jìn)行單克隆篩選和鑒定，而 Beacon 單細胞光導系統僅需 5 天，即可在更大規模地全自動(dòng)地篩選所需的目標克隆，即可提高實(shí)驗效率、節省人力成本，也可得到更可靠詳實(shí)的實(shí)驗成果。

5、細胞共培養研究

體外細胞共培養(cell co-culture)技術(shù)能模擬體內生成的微環(huán)境,便于更好地觀(guān)察細胞與細胞、細胞與培養環(huán)境之間的相互作用以及探討藥物的作用機制和可能的作用靶點(diǎn)。Beacon 單細胞光導系統因其精準的細胞操作和高通量，可以為體外細胞共培養提供更多研究手段，如細胞間的殺傷、吞噬、協(xié)同等實(shí)驗策略。

6、細胞克隆和亞克隆

有限稀釋?zhuān)�流式分選等方法是細胞克隆的常見(jiàn)手段，在將細胞分到數十塊微孔板后，還需要人工通過(guò)顯微鏡逐個(gè)檢查是否為單細胞、通過(guò)成像系統來(lái)判斷或通過(guò)生化手段來(lái)鑒定，每輪需要 3-4 周，根據不同應用單克隆性要求的不同，需要采用1至2輪的克隆步驟，整個(gè)過(guò)程極其繁瑣費時(shí)，且誤操作可能性較大。而B(niǎo)eacon單細胞光導系統則可以在5天內實(shí)現全自動(dòng)細胞克隆和回收，輕松獲得單克隆比例達99.5%的優(yōu)質(zhì)克隆。其全程配備圖像和影像記錄，并可以設計功能性驗證環(huán)節。利用Beacon單細胞光導系統在芯片上同樣也可以進(jìn)行亞克隆，只需將芯片上特定NanoPen中單克隆的部分細胞分離導出，擴大培養，便可輕松實(shí)現克隆與亞克隆的平行培養。

7、表型與基因型對應

表型和基因型的對應一直是免疫學(xué)和細胞生物學(xué)研究的痛點(diǎn)之一，具有操作復雜、準確度不高、需要耗費大量人力物力等困難。而B(niǎo)eacon單細胞光導系統由于可以定制化定向導出，可以解決這個(gè)問(wèn)題。在完成對單克隆的表現檢測后，Beacon支持將特定克隆進(jìn)行定向導出，配合下游的基因測序數據，直接對接表型數據和基因型數據。同時(shí)，Beacon單細胞光導系統也支持對于單克隆的亞克隆的導出，在對部分亞克隆進(jìn)行測序的同時(shí)，繼續培養原單克隆，并進(jìn)行更多的生化分析，極大的豐富了從同一單克隆樣品中可獲取的數據種類(lèi)。

三：技術(shù)優(yōu)勢

1、精準無(wú)損的單細胞操作：可利用光電定位系統，同時(shí)輕松操作數千個(gè)單細胞，  并進(jìn)行平行的培養，分析等研究。

2、通量高：可同時(shí)運行4張芯片，約50000個(gè)細胞。并支持多種芯片類(lèi)型，靈活的滿(mǎn)足不同通量的實(shí)驗需求。

3、全自動(dòng)：細胞導入，培養，克隆，亞克隆，檢測，篩選全部為自動(dòng)化流程，較大程度的避免了手工操作帶來(lái)的可能誤差或錯誤。

4、軟件易用：觸摸屏操作，圖形化界面，實(shí)驗流程設計靈活，直觀(guān)，易上手。

5、大幅節省時(shí)間：?jiǎn)蝹�(gè)B細胞抗體發(fā)現流程從常規3-6個(gè)月縮減至2天；克隆流程從常規2-3周縮減至約3天。

6、高靈敏度：常規單個(gè)細胞置于微孔板中，需要培養數周，達到一定密度后才能進(jìn)行分泌蛋白等指標的檢測；而B(niǎo)eacon每個(gè)NanoPen體積僅有0.5-1 nl，單個(gè)細胞置于其中，密度等同于1E6 cell/ml，因此易于檢測，靈敏度高。