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La biologie humaine, en particulier la biologie des maladies, est de plus en plus comprise comme le résultat d'activités au niveau des cellules individuelles, mais les méthodes analytiques traditionnelles, telles que la spectrométrie de masse de chromatographie liquide (LCMS), sont généralement utilisées pour analyser échantillons préparés à partir de populations de cellules, alors que l'information moléculaire acquise ne peut pas représenter avec précision les processus chimiques au niveau des cellules individuelles. Ces méthodes standard et traditionnelles sont incapables de discerner les effets de l'hétérogénéité cellulaire sur une mesure analytique, et le processus de destruction et de mélange des cellules pour préparer le lysate conduit potentiellement à l'altération ou à la perte de la cellule composants1,2. Ces limitations des méthodes traditionnelles sont particulièrement importantes dans l'analyse des cellules des patients, dans laquelle les échantillons obtenus peuvent contenir un mélange complexe de nombreux types de cellules différentes. Pour surmonter ces carences, des méthodes d'analyse moléculaire à cellule unique, y compris des méthodes de spectrométrie de masse à cellule unique (SCMS), sont de plus en plus développées et appliquées à la bioanalyse, en particulier des métabolites cellulaires et du faible poids moléculaire. biomolécules3,4.
Les premières techniques SCMS développées utilisaient des techniques sous vide pour effectuer les analyses dans des conditions non ambiantes2,5,6,7,8,9, 10,11. Les techniques de SCMS non ambiantes sont capables d'analyser les lipides cellulaires et les métabolites, mais nécessitent un prétraitement de l'échantillon dans des conditions artificielles, et ne sont donc pas adaptés à l'analyse en temps réel. Le processus de préparation de l'échantillon pour l'analyse non ambiante comprend l'ajout de composants de matrice, et cette préparation peut modifier les composants cellulaires de leur environnement naturel12. Par conséquent, les techniques de spectrométrie de masse ambiante (SP), qui ne nécessitent pas de vide pour l'environnement d'échantillonnage, sont utilisées pour analyser les cellules dans un environnement proche de la autochtone. Ne pas avoir un environnement sous vide permet la polyvalence dans la conception expérimentale; des caméras peuvent être ajoutées pour surveiller le processus cellulaire et des techniques d'ionisation plus douces peuvent être combinées avec des techniques de séparation pour recevoir de meilleures informations de chaque expérience à celluleunique 4,12,13 ,14,15,16,17,18,19,20,21,22 ,23,24,25,26,27,28,29,30,31 ,32,33,34,35,36,37,38,39,40 ,41,42.
La méthode SCMS à sonde unique est une technique ambiante qui analyse les lignées de cellules cancéreuses vivantes et mammifères dans un environnement quasi-indigène21,43,44,45,46. En outre, le dispositif à sonde unique a été utilisé pour d'autres applications de spectrométrie de masse, y compris l'analyse des molécules extracellulaires dans les sphéroïdes multicellulaires et l'imagerie de la SP des tissus47,48,49 ,50,51,52. Cependant, puisque l'immobilisation cellulaire sur les substrats est nécessaire pour cette méthode, les cellules de suspension ne peuvent pas être directement analysées à l'aide de cette technique3,53. Par conséquent, le système SCMS à sonde unique ne pouvait pas être directement utilisé pour échantillonner les cellules individuelles non adhérentes, telles que les lignées cellulaires non adhérentes ou les cellules de suspension isolées du sang d'un patient ou d'autres fluides corporels54. Dans ce travail, une plate-forme intégrée de manipulation cellulaire (ICMP) est couplée à la technique SCMS à sonde unique pour analyser en ligne les cellules de suspension en ligne en direct avec une préparation minimale de l'échantillon (figure 1)46. L'ICMP se compose d'un microscope inversé pour surveiller la sélection des cellules, d'une sonde de sélection de cellules en verre, d'un micro-injecteur pour capturer des cellules flottantes individuelles, d'une plaque chauffée pour maintenir la température cellulaire, de deux systèmes de manipulation cellulaire pour contrôler mouvements de la sonde de sélection de cellules en verre et d'une sonde unique, et d'un microscope numérique pour observer le transfert cellulaire de l'extrémité de la sonde de sélection cellulaire à l'extrémité à sonde unique. La fabrication de la sonde unique est détaillée dans les publications précédentes et ne sera pas abordée ici21,48. Le système ICMP/single-probe est couplé à un spectromètre de masse à haute résolution. Cette configuration intégrée permet l'échantillonnage de cellules uniques identifiées à partir d'échantillons biologiques complexes avec des effets minimes à partir de molécules matricielles.