蛋白质作为细胞功能的直接执行者，细胞通过蛋白质及其翻译后修饰，可以感知并响应外在和内在的刺激，从而影响整个生命体的功能和状态。
因此，在单细胞水平上，对细胞内表达的全部蛋白质（蛋白质组）进行定性和定量分析，是揭示细胞类型及其状态必不可少的工具，在肿瘤异质性、干细胞分化、生殖细胞发育、神经细胞分析等重要领域有着不可或缺的应用价值。
浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）生物与分子智造研究院分子智造研究所方群教授团队多年来致力于微流控单细胞蛋白质组分析技术的研究，其中，团队利用近三年的时间自主研发的全自动单细胞蛋白质组分析平台于3月7日正式发布并上线。日后，该平台将为人类在理解细胞生长发育、疾病发生发展以及药物研发等方面，提供了全新的视角和工具。
揭示细胞个体差异的“解读器”
单细胞蛋白质组分析技术是一种先进的高灵敏检测技术，能够检测单个细胞内极其微量的蛋白质。在一个细胞中，蛋白质的总含量约为0.2纳克，质量仅相当于一只蚂蚁的一千万分之一。而在如此微量的蛋白质中，却还有近两万种不同种类的蛋白质，因此，在单细胞水平上进行蛋白质组分析，其难度可想而知。
团队研发的单细胞蛋白质组分析平台能够以单个细胞为单位，精确地检测其蛋白质的表达情况，从而揭示细胞之间的共性和差异，而不像常规分析方法那样，大量的细胞放在一个样品容器内进行分析，细胞个体化的信息会被细胞群体的平均化结果所掩盖。“这就像是一个强大的‘细胞解读器’，也像一双锐利的眼睛，能够深入解析每个细胞的蛋白质变化，这为理解细胞的生长发育、疾病的发生发展以及药物的研发，提供了全新的视角和工具。”方群教授介绍道。
目前，其它的单细胞蛋白质组分析技术仅能在每个细胞中鉴定1000种左右的蛋白质，而方群教授团队开发的单细胞蛋白质组分析技术通过采用微流控技术，在单个哺乳动物细胞蛋白质鉴定数上最高已超过3000种，达到世界领先水平。
在窗明几净的分子智造研究所实验室，科研人员只要在电脑上设置好相应的参数，按下指令键，实验室的机器人就可以自动开启工作模式。这就是团队开发的纳升级微流控液滴操控机器人和“点取式”单细胞蛋白质组分析（PiSPA）工作流程，在这套系统支持下，平台可以实现单细胞的定向捕获、多步骤预处理、自动进样、色谱分离和质谱检测等操作，显著拓展了单细胞分析的信息深度和维度，提高了分析通量和稳定性。
在此基础上，最近团队还利用iChemFoundry平台的自动化机器人技术和机器视觉技术，首次建立了能够完成单细胞蛋白质组分析全部流程操作自动化的分析平台，不仅可以提高分析效率和可靠性，还有助于促进分析流程的标准化和数据共享，这对于领域内实验方法的发展、实验准确性的提高、人力成本的节约都有很大意义。
精准医学应用领域的“新工具”
单细胞蛋白质组分析技术的发展为生命科学领域的科研人员进一步探索细胞相关生物过程和调控机制，更准确地解释生命现象的本质提供了有力的工具，为对疾病发生、发展和治疗的深入理解提供了新的解决方案和独特的数据基础。方群教授表示，本项技术的开发在疾病的早期诊断、准确分型和个性化治疗，以及相关药物的研发等领域均具有非常高的应用价值。
例如，对于癌症患者，可以从其血液样本或从病灶中取得的少量活检组织样本中提取目标细胞（如循环肿瘤细胞CTCs），通过在单细胞蛋白质组水平上比较目标细胞与其它细胞的蛋白质表达差异，帮助判断该患者是否患有癌症、癌细胞具有何种特征、是否容易或已经发生了转移，以及帮助选择有针对性的药物治疗方法。平台也可以通过分析癌细胞的蛋白质表达特征，尤其是在经过药物治疗后存活下来的少量耐药癌细胞，帮助科学家们发现新的药物靶点，设计出更加精准有效的药物。
目前，平台已经和浙江大学第二附属医院、浙江省肿瘤医院、浙江大学医学院附属妇产科医院等单位开展合作，就生殖细胞、肿瘤细胞、心脏细胞等领域的科研合作开展进一步探索。
接下来，团队将进一步提高单细胞蛋白质组分析的鉴定深度和通量，以持续推进该技术的实用化水平。同时，还将与生物医学专家合作，广泛拓展该技术在生物学、医学和药学等领域的深度应用。
