新方法允许在不破坏细胞的情况下跟踪活细胞的基因活动

研究人员来自布罗德研究所和麻省理工学院（MIT），开发了一种方法，通过类似病毒的颗粒导出RNA，反复分析活细胞的基因活动，而无需破坏样本。

该方法允许对同一细胞群体的RNA进行连续取样，并观察其随时间的变化。这项技术在人体细胞、癌细胞、干细胞、神经细胞、原代细胞和三维模型中均有效。

来自布罗德研究所、哈佛大学和麻省理工学院的研究人员开发了一种方法，能够在不破坏细胞的情况下，连续跟踪活细胞的基因活动，以获取其RNA。这一进展旨在解决传统转录组学的一个核心限制：每次分析通常只提供孤立的快照，因为在样本准备过程中细胞必须被破坏。

这项技术在《Cell》杂志上进行了描述，将细胞本身转变为一种自我报告的分子系统。研究人员并不直接提取遗传物质，而是设计细胞使其将部分RNA包装在类似病毒的颗粒中，并释放到培养基中，供后续收集和测序。

这一可能性对于研究随时间变化的过程尤为重要，例如细胞成熟、对干扰的反应或药物的影响。可以反复取样培养基，以便科学家比较同一群体的不同时间点，并重建其基因活动的演变。

该研究由Mohamad Najia和Jacob Borrajo领导，主要合著者为Anna Le，Paul Blainey实验室的博士后研究员。Blainey是布罗德研究所的主要成员，同时也是麻省理工学院生物工程教授，参与了该项目的开发，旨在为其他研究团队创造有用的工具。团队认为这一想法的实现是十多年前启动的高风险项目的结果。

该系统的基础灵感来源于逆转录病毒，这些病毒进化出了将其RNA基因组包裹在蛋白质外壳中的能力，以便在细胞之间转移。研究团队设计了哺乳动物细胞，使其表达一种结构性逆转录病毒蛋白，能够招募细胞RNA，围绕该材料形成外壳，并从细胞膜脱落到细胞周围的液体中。

一旦颗粒释放，科学家只需取样培养基，分离RNA并进行测序。结果提供了细胞群体的转录组表示，而无需进行破坏性程序或对其直接环境进行重大干扰。

该提案试图克服基于机器人、机械活检或单细胞操作的替代方案的局限性，这些方案在普通实验室中可能难以扩展。Mohamad Najia解释说，分子编码的解决方案可能会促进生命科学和生物医学研究实验室中动态和时间性问题的研究。

该系统仍然不能完美读取每个单独的细胞，因为获得的信号主要对应于所分析的群体。然而，布罗德团队正在努力将该方法调整为单细胞研究，这一演变可能会提高方法的分辨率，并帮助区分具有不同行为的亚群体。

为了评估该技术的广泛性，研究人员在永生化人类细胞、癌细胞系、干细胞及其衍生的神经细胞上进行了测试。他们还使用了从人类捐赠者获得的原代细胞，这使得系统不局限于具有特定特征的实验室细胞模型。

团队还同时培养了两种类型的人类细胞，并使用类似病毒的颗粒标签在分析过程中区分每个群体的信号。这种能力可能有助于研究细胞间的相互作用，只要研究人员能够清晰识别到达培养基的RNA来源。

另一项演示是在人体内皮细胞的球体上进行的，这些三维结构的空间架构可能对解释基因活动至关重要。在生化刺激后，该方法允许捕捉短期的转录变化，而无需拆解模型以提取其细胞。

研究人员还与麻省理工学院生物工程与机械工程教授Linda Griffith合作，在器官芯片设备上测试该系统。在这些模型中，细胞自我报告功能允许在一段时间内监测与血管网络形成相关的基因表达，其变化取决于支持成纤维细胞是来自子宫还是肺部。

器官芯片旨在模拟人类生理学的某些方面，并可能有助于减少对临床前测试或动物模型实验的需求。然而，其复杂性使得在不干扰设备结构的情况下提取细胞变得困难，因此一种能够从培养基中收集信号的工具可能在不拆解系统的情况下提供信息。

同样的原理也可以用于观察细胞群体如何对药物、生物压力或成熟信号作出反应。研究人员可以跟踪同一群体中的连续变化，而不是比较来自不同组的破坏性样本，并将其与干预的确切时刻联系起来。

该技术还为研究时间演变至关重要的疾病提供了一条途径，尽管声明中尚未提出临床应用，也未声称该方法已准备好用于患者。其结果对应于细胞系统和实验室模型中的实验演示，因此需要研究其在更复杂背景下的准确性、稳定性和行为。

Blainey实验室继续寻找新的生物应用，并致力于使单细胞研究成为可能。到目前为止，这一进展提出了一种不同的理解转录组学的方法：它允许细胞定期发送关于其内部发生情况的分子信号，而不是强迫细胞通过破坏来揭示其内容。

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