正如世界上沒有兩片相同的樹葉，世界上也沒有兩個相同的細胞。探索細胞之間的異質性，有助于了解復雜的細胞世界。為此，美國加州大學伯克利分校的研究人員開發出一種單細胞western blot方法，實現了單細胞分辨率的蛋白質分析。這項成果發表在最新一期的《Nature Methods》雜志上。

異質性是細胞過程所固有的，包括干細胞分化、發育、癌癥、藥效及免疫反應等。為了充分了解復雜細胞群體中多樣化的行為，研究人員需要一些分析工具，帶來單細胞分辨率、提供定量且高度特異的目標蛋白檢測，但又不使用可能干擾細胞功能的標簽。目前的一些方法多存在限制，要么特異性有限，要么反映了細胞群體而非單個細胞的行為。

為此，美國加州大學伯克利分校（UC Berkeley）生物工程系的研究人員開發出一種單細胞western blot（scWestern）方法。具體來說，它采用一塊可擴展的開放式微孔芯片結構，能在4小時內同時分析~2000個細胞。他們應用這種方法來研究體外刺激下的干細胞信號和分化反應。

scWestern分析采用顯微鏡玻片，包被有30-μm厚的光敏聚丙烯酰胺（PA）凝膠，而芯片上共有6720個微孔。這些微孔的直徑為20 μm，是在聚丙烯酰胺凝膠聚合時形成的。為了實現數千個單細胞的同時分析，scWestern整合了所有關鍵的western blot步驟。

研究人員稱，三個基本的設計原則支撐了scWestern。首先，在流體、光學和電子接口方面，他們從整體上解決了scWestern，這實現了高度平行的分析，而不需要單獨獲取每個細胞。通過被動重力驅動的細胞設置，細胞懸液接種到微孔中，每個微孔在5-10分鐘內捕獲0-4個細胞。

作為第二個設計原則，他們通過優化短分離距離的聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE），實現了高密度的scWestern芯片。在細胞裂解后電泳開始，他們在浸沒的scWestern玻片上應用電場，電泳蛋白穿過微孔壁，進入薄的凝膠層。第三個設計原則利用了反應（蛋白質固定）和運輸（抗體雜交）的小特征長度。在PAGE之后，蛋白質與PA凝膠交聯。之后進行抗體雜交和檢測。

研究人員應用這種scWestern方法來監控大鼠神經干細胞的單細胞分化以及對有絲分裂原刺激的響應。他們發現，scWestern能定量每個單細胞中最多11種目標蛋白，在與FACS整合時，支持稀有或珍貴細胞（~200個）的分析。

研究人員認為，scWestern突破了其他單細胞蛋白分析方法的限制，作為一種多功能的工具，能夠以單細胞分辨率研究復雜的細胞群體。