导读：

肿瘤细胞代谢分析对于理解肿瘤代谢重编程至关重要，而单细胞代谢积累研究能为肿瘤生物学提供精准见解。近期，清华大学林金明教授团队与莆田学院邢高娃教授合作，建立了一种整合液滴微流控与微室培养芯片的分析系统，通过水凝胶微球包裹单细胞并结合质谱检测，实现了对单细胞代谢积累的高效分析。相关研究以“Single-cell Metabolic Accumulation Analysis by Microfluidic Hydrogel Microspheres Combined with Mass Spectrometry”为题目，发表在期刊《Chemical Science》上。

本文要点：

1、本研究开发了一种基于微流控水凝胶微球的单细胞代谢累积分析方法，结合微室培养芯片与质谱技术，实现了对单个肿瘤细胞分泌代谢物的高效捕获与检测。

2、该方法通过液滴微流控封装单细胞于水凝胶微球中，经三维培养后提取代谢产物进行质谱分析，揭示了同一肿瘤细胞系（如A549）内显著的代谢异质性，并成功区分了不同肿瘤细胞（A549、HepG2、HCT116）的代谢特征。

3、该技术为高通量、动态的单细胞代谢研究提供了新策略，有助于深入解析肿瘤异质性，在肿瘤生物学研究与精准医学中具有巨大应用潜力。

图1. 微流控水凝胶微球单细胞代谢积累分析示意图。（a）微流控水凝胶微球单细胞代谢积累分析流程示意图，包括细胞制备、单细胞微球制备与培养、单细胞代谢质谱检测三个环节；（b）各操作步骤的时间轴。

图2. 单细胞水凝胶微球的制备。（a）夹流（pinched flow）与非夹流（non-pinched flow）两种流型的示意图；（b）夹流与非夹流方式制备的水凝胶微球显微图像（比例尺 = 100 μm）；（c）夹流与非夹流方式制备的水凝胶微球中细胞数量占比（实验重复 3 次，每次实验统计 100 个微球）。

图3. 单细胞微球培养芯片的结构及芯片内单细胞与多细胞的活性。（a）单细胞微球在培养芯片上的加载与培养过程；（b）单细胞微球加载至培养芯片的显微图像；（c）微球加载到单细胞微球培养芯片的流程；（d）水凝胶微球在培养芯片上培养后，其中单细胞与多细胞的活性（比例尺 = 100 μm）。

图4. 单细胞微球培养芯片中 A549 细胞的单细胞代谢积累分析（n=23）。（a）不同 A549 细胞间代谢积累差异的热图；（b）不同代谢物在 A549 细胞中代谢积累的异质性（虚线：四分位数；实线：中位数）。（所有质谱峰强度均经对数转换与标准化处理）。

图5. 基于液相色谱 - 质谱（LC-MS）的色氨酸代谢分析结果。（a）单细胞微球培养微阵列中不同细胞代谢积累差异的偏最小二乘判别分析（PLS-DA）得分图；单细胞微球培养微流控芯片中不同细胞的代谢积累差异图，分别对应（b）十七烷酸、（c）精氨酸与（d）乳酸（红色：A549 细胞，n=47；绿色：HCT116 细胞，n=41；蓝色：HepG2 细胞，n=35）。（所有质谱峰强度均经对数转换与标准化处理）。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D5SC05261K

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