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新技术新方法的“摇篮”——访中科院生物化学与细胞生物学研究所公共技术服务中心

仪器信息网 2018/11/07 14:58:21 点击 302 次
[导读] “我们所是一个基础研究单位,但我们平台提供的高通量、自动化的实验技术,能够帮助科学家将基础科研的发现成果向临床应用、药物研发等方向推动。”

  中国科学院生物化学与细胞生物学研究所成立于2000年5月,由原中国科学院上海生物化学研究所与原中国科学院上海细胞生物学研究所整合而成。生物化学与细胞生物学研究所(以下简称生化与细胞所)定位于生命科学基础研究,是我国生命科学领域最具科研实力和影响力的国立研究机构之一。其所属的公共技术服务中心建设有细胞分析技术平台、动物实验技术平台、分子生物学技术平台、化学生物学技术平台、细胞库/干细胞技术平台、斑马鱼技术平台、果蝇资源与技术平台等7个公共技术平台。

  近日,仪器信息网编辑走进生化与细胞所的公共技术服务中心(简称中心),采访了公共技术服务中心的负责人张文娟、分子生物学/化学生物学技术平台的负责人陈铭、细胞分析技术平台的负责人边玮,请他们介绍了公共技术服务中心的概况以及在服务科研、自主创新等方面的最新进展。

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张文娟(右二)、陈铭(右一)、边玮(右三)

  一切为了科研,中心提供一站式保姆型技术服务

  分子生物学技术平台偏重基础的、小型的实验室设备,从事蛋白质、核酸等各种生物活性分子的制备、分离、活性等实验。化学生物学技术平台的主要特色是高通量、大规模的自动化筛选,相对来说功能特色比较明显,适用的领域可能会窄一些,即适合做一些转化研究。陈铭介绍到,“我们所是一个基础研究单位,但我们平台提供的高通量、自动化的实验技术,能够帮助科学家将基础科研的发现成果向临床应用、药物研发等方向推动。所以我们平台的主要目的是希望衔接基础研究和应用转化。”

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自动化液体工作站

  “一切生命活动都离不开细胞,细胞是基础。”边玮首先说到。关于细胞分析平台的架构,边玮形象地形容为“三足鼎立”,分别是流式细胞、显微成像、电镜。如今,这些技术可以说已经非常普及,但是能够在细胞生物学基础研究领域把这三块做好做到位,是很难的。而细胞分析平台是全国最早做到把这些大型设备24小时全天候“给”研究生独立操作的实验平台。“因为我们很多事情做到‘位’了,管理制度、奖惩制度等非常明确;而且,我们不仅仅给研究生做大型设备操作的培训,同时在样品制备、实验方法建立、实验设计等方面,也都给予比较贴切的指导。”

  在日常工作中,中心充分让研究生们参与到分析过程之中,进而对自己的实验产生强烈的责任感和信心。通过不断地引进各种先进的技术,让研究生们不仅是科研上有想法,在相关分析技术上也具有超于常规的了解和熟悉。这也是张文娟、陈铭、边玮等老师觉得自豪、欣慰的地方。

  “中心的定位是‘一切为了科研’,目标是提供一站式保姆型技术服务。我们希望为用户提供使用仪器、培训、咨询、研发等的全面解决方案。”张文娟介绍道,“同时,中心还起到了信息‘枢纽’的作用,与复旦大学、上海科技大学、上海交通大学等同行建立了很好的合作关系,彼此互通有无、互相帮助,也给研究所的老师学生们‘吃’了一颗定心丸——平台是最好的科研后盾。我们可以向研究所所有课题组和学生们‘打保票’,你们提出的需求,我们都会想办法去解决。”

  以“出”技术“出”方法,来促进科研的“出”人才“出”成果

  中心是一个集仪器设备的使用、方法开发、技术服务于一体的平台,一方面支撑科学研究顺利实施,另外一方面中心本身也是新技术新方法的“摇篮”。所以,中心提出了以“出”技术“出”方法,来促进科研的“出”人才“出”成果。从一个数据来看,2014年到2017年,中心的仪器设备使用机时每年以将近2万个小时增长,使用率也以30%左右的比例逐年稳步提高。在这样的技术支撑下,中心的用户取得了非常好的、突破性的科研成果。从生化与细胞所本身来讲,7年间有6项成果入选了中国科学十大进展;简单统计,自2000年至2017年,研究所所发SCI论文大概有1000多篇,其中2017年更是“井喷式”发展,发表SCI论文近150篇。

  研究所在中科院的支持下通过功能开发项目资助的方式来提升平台的专业技术水平。在几位老师介绍中,让编者印象深刻的有两个项目,分别是2015-2016年的“提高高压冷冻及冷冻替代技术电镜制样成功率的开发”项目和2016-2017年的“液体工作站用于自动化的二代测序文库构建的功能开发”项目。

  高压冷冻制样是国际前沿的技术,不过其运行消耗非常大,一次实验就需要几百升液氮,样品的成功率却又很低,使得大部分人并不首选去做这个实验。但是,这个实验的好处也很明显,即在瞬间超过冰点-190多度的温度、高压状态下,能够“高保真”的保持生物样品的超微结构和活性。“平台2011年建立电镜分析系统时,也买了高压冷冻仪和冷冻替代仪,那么,我们也就想一定要把方法建立起来。”边玮介绍到,“这个过程中我们不断摸索,如根据仪器、样品的特色,我们不断自创小设备、改进技术方法等。该项目完成之后制样成功率提高了三倍左右。”

  对于自动化液体工作站项目,陈铭介绍到,最近两年单细胞生物学特别热门,经常会有非常好的文章发表。但是在它的研究过程中经常会遇到一些问题,如现有的高通量测序的商业化设备可以对单细胞做一些特性、基因表达的鉴定,但它需要做到至少几万个细胞的规模,并且也只能提供一些通用的解决方案。实际上,如今有很多研究工作研究的细胞数量特别少,也就是说用常规设备是没法做的。另外,如在肿瘤临床样本研究时还需要获得细胞的空间等信息。针对这些需求,陈铭他们采用了一些不同的方式,如利用流式分选把相同的细胞分开;利用激光显示切割的方式把肿瘤组织上的、明确的细胞挑出来;通过在硬件、软件上做些实验条件的优化,实现了自动化和单细胞测序建库的衔接。之前,手工去做的话,需要两个人四天才能完成一块96孔板细胞的实验操作,而在自动化工作站上去做的话,只要16个小时就可以做完,而且成功率大幅提高,高达95%以上。

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高内涵成像分析系统

  谈到平台正在做的一些工作,陈铭介绍到,平台每年都会建立十几个甚至几十个新的筛选实验体系,最近正在通过高内涵成像技术对细胞进行快速自动化的成像分析工作。由于平台希望衔接基础研究和临床转化应用,而在临床肿瘤研究方面,为了药物的反应更真实更有效,希望以一种更贴近于真实的生理或者病理的体内环境开展研究。过去大部分实验室都是用二维细胞模型去测药物,敏感性等不是很理想,因此现在越来越多人希望做三维肿瘤细胞的培养。那么,对于陈铭他们来说,也希望根据这样的科研需求,摸索出不同的三维细胞培养方式,同时利用高内涵细胞成像分析设备来进行定量分析。

  “高内涵成像,是我们非常主要的一类设备,支撑了化学生物学技术平台一半左右的工作量。”陈铭介绍到,“因为大部分功能基因组筛选、药物筛选,都会进行细胞的表型检测实验,多数会用到高内涵成像分析来做。所以,具有专业成像分析软件的自动化成像分析系统是非常关键且必须的设备。”对于高内涵成像技术的未来发展方向,陈铭也讲到,由于目前经常有课题组需要做一些活细胞追踪的研究工作,而细胞的尺度只有几个微米,想让它定位非常准确的话,载物台的稳定性和精度要求非常高。而采用了磁悬浮载物台相关技术的新一代设备可能是平台未来会考虑的一个新技术补充。

  采访编辑:刘丰秋

[来源:仪器信息网]
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编辑: 叶建
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最新评论:
  • 设备先进,管理理念非常好,是一个开放的平台。实际上,如果重视这些专攻仪器实验室操作老师的职称问题,让他们同样有机会晋升为教授级高工,那积极性会高很多。这一块,据我所知,复旦大学做得很好。
    11月09日 00:32:33
  • 硬件配置一流,是科研之幸,愿中科生化所占得优越条件的情况下,能结出累累硕果。
    11月08日 21:49:50

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