磁珠，小小颗粒，上可分离核酸，下可捕获细胞，应用之广，令人叹绝。磁珠法细胞分选，结合磁力学、免疫学和细胞生物学等技术，为细胞分离纯化打开了新思路。
细胞分选，也被称为细胞的分离纯化，即对样本中的目标细胞进行分离富集，在诊断、治疗和细胞学基础研究中均具有重要作用。细胞分选方法总体上可分为三种：基于细胞培养特性的分选技术、基于细胞物理性能的分选技术和基于生化亲和力的细胞分选技术。(1)基于细胞培养特性的分选技术：该方法是一种比较简单的细胞分离技术，根据细胞在培养过程中的不同黏附能力进行分离，贴壁细胞是该方法的主要目标细胞。但细胞的贴壁生长情况受限于多种因素，其分选的细胞包含较多非目标细胞，纯度偏低；而且分选过程需进行细胞培养，耗时较长，可能会造成细胞功能和基因表达的丧失。(2)基于细胞物理性能的分选技术：该方法通常基于细胞本身的物理特性（如大小或密度等），在外部作用（如声波、流体动力和电场等）条件下，对目标细胞进行分离纯化。如通过密度梯度离心分选不同沉降系数的细胞、通过过滤分选不同大小的细胞。(3)基于生化亲和力的细胞分选技术：该方法通过与细胞表面的亲和配体形成分子间作用力或作为标记识别来分离细胞，其分选方法有三种：①基于亲和层析柱的细胞分选方法， Cell-affinity Chromatography(CAC)；②基于流式细胞技术的分选方法，Fluorescence-Activated Cell Sorting (FACS)；③基于磁珠分离纯化的细胞分选方法，Magnet-Activated Cell Sorting (MACS)。其中，磁珠法分选细胞操作简单，可在较短时间内获得高纯度的目的细胞，且无需大型仪器，因此是细胞分选中较为常用的方法之一。磁珠法细胞分选是基于磁珠上的官能团，直接或间接地与细胞表面配体相互识别作用后，进行特异性捕获分离的。用于细胞分选的磁珠多为免疫标记磁珠，即磁珠上直接或间接耦联抗体，与目标细胞表面抗原特异性识别。直标磁珠耦联标记抗体，可与细胞上的抗原识别结合，使磁珠直接与细胞连接，从而可通过磁性分离获得目标细胞；间标磁珠耦联通用官能团，通过识别细胞上标记的一抗，对目标细胞进行捕获，常用的间标磁珠有抗免疫球蛋白磁珠、抗生物素磁珠、抗链霉亲和素磁珠和抗荧光素磁珠等。间标磁珠扩展了细胞分选范围，研究者可使用自备的抗体或配体对目标细胞进行分离纯化。磁珠法分选细胞时，根据目标细胞是否直接被磁珠捕获后分离获得，可将其分成正选和负选两种方法。(1)正选：是指目标细胞被磁性标记后，通过磁性分离直接分选出被捕获的目标细胞，该方法也称为阳性分选。其操作过程如下图所示：首先，磁珠直接或间接与目标细胞结合，使得目标细胞标记上磁性；通过外加磁场将目标细胞吸附固定，非目标细胞等杂质存留于液体中可被除去；加入洗脱液洗脱细胞，即可收集到目标细胞。正选方法只需用一种抗体标记的磁珠便可获得纯度较高的目标细胞，操作简单直接，但最后洗脱获取的目标细胞上标记有磁珠，可能对细胞有一定激活作用，致使下游应用受到影响。(2)负选：将磁性标记于非目标细胞上，通过磁性分离去除非目标细胞，而收集的上清液则包含目标细胞，该方法也称为阴性分选或去除分选。其操作过程如下图所示：在非目标细胞上标记磁性，使其在磁性分离时被固定，而目标细胞则留存于上清液中，可被收集获取。负选获得的目标细胞未被磁珠标记，无需去除磁珠，但为去除非目标细胞，需使用多种抗体标记的磁珠，成本相对较高。(3)复合分选：将正选和负选两种方法进行结合，先通过负选去除非目标细胞，再通过正选获取目标细胞。对于稀有、珍贵的细胞，通过复合分选可获得高纯度目标细胞。利用磁珠法分选细胞时，还可根据细胞分选过程中是否使用了分离柱，将分选方式分为有柱式和无柱式两种。(1)有柱式分选：使用过程中，当样本流经离心柱时，磁性标记的细胞将被吸附固定于离心柱中，液体则在流动过程中被分离，撤去磁场后，再加入液体则可收集离心柱中磁性标记的细胞。(2)无柱式分选：使用过程时，将装有样本的试管置于磁场中，被磁性标记的细胞则可聚集固定，无磁性标记的细胞等杂质，则可直接倾倒或利用移液器吸出转移；撤去磁场后，加入液体则可重悬磁性标记的细胞。细胞分选在免疫细胞治疗(CAR-T等)和单细胞分析等领域应用广泛，其三个关键指标为纯度、回收率和活力。磁珠法细胞分选凭借其特异识别、靶向捕获的性能，使得获取的目标细胞纯度和回收率均大大提高。但细胞活性或功能则可能因磁珠的引入，受到一定影响。为解决该问题，已有可逆结合的磁珠应用于细胞分选，该类磁珠与目标细胞的亲和力可进行调整，最终获得无标记的目标细胞，使其下游应用更为广泛。利用磁珠分选细胞，在操作上简单快捷，对仪器和人员要求不高，而且引入兼具液体流动性和载体固定化双重特性的磁珠，细胞的分选过程也更易于实现自动化。另外，磁珠载体具有灵活的改造空间，不管是基于NHS磁珠的共价交联反应，抑或是链霉亲和素磁珠与生物素的亲和作用，均可使磁珠标记上不同抗体，从而可用于识别不同细胞的表面抗原，实现更多细胞的分离或分类。
参考资料 [1] Plouffe BD, Murthy SK, Lewis LH. Fundamentals and application of magnetic particles in cell isolation and enrichment: a review. Rep Prog Phys. 2015 Jan;78(1). [2] Korkusuz P, Köse S, Yersal N, Önen S. Magnetic-Based Cell Isolation Technique for the Selection of Stem Cells. Methods Mol Biol. 2019;1879. [3] Miltenyi Biotec官网. [4] STEMCELL Technologies官网.
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