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近年来，科学家开发出多种方法，通过测量细胞的转录组，也就是细胞产生的全部 rna，来研究细胞的身份和基因活动。然而，这些方法需要破坏细胞才能提取其中的 rna，因此只能提供某个时间点的静态信息。 如今，麻省理工学院与布罗德研究所的研究人员发明了一种“细胞自主报告”技术，让活细胞主动释放自身的转录组信息。这样一来，科学家无需杀死细胞，也能分析其基因活动。 这项发表于《cell》期刊的活细胞转录组技术利用病毒样颗粒，将细胞内的 rna 包装起来并释放到培养液中。研究人员只需从培养液取样，就能分离并测序其中的 rna。由于取样可以反复进行，他们得以追踪同一群细胞在成熟或受到外界干预时，基因活动如何随时间变化。研究团队已在多种细胞模型中验证了这项技术。未来，它可能帮助科学家观察细胞在疾病发展过程中如何逐渐出现异常，以及药物会给细胞带来哪些影响。 “我们实验室投入时间和资源，是为了开发真正有人使用、并能对整个研究领域产生实际影响的工具。”论文资深作者、布罗德研究所核心成员兼麻省理工学院生物工程教授保罗·布莱尼（paul blainey）说，“看到这个概念真正变为现实，令人非常欣慰。项目启动时，它还完全像是科幻小说。这也说明，长期、高风险但可能带来高回报的研究，能够产生怎样的创新成果。” 这项技术的研发始于十多年前。当时，布莱尼实验室开始寻找一种无需杀死细胞也能进行 rna 测序的新方法。“现有方法多少有些原始，需要用针刺入细胞，或者直接从细胞上切下一部分。”布莱尼回忆道。 crispr 等分子技术不仅功能强大，而且容易被其他实验室采用，这给了布莱尼和论文第一作者雅各布·博拉霍（jacob borrajo）启发。他们决定开发一种基于分子机制的方法。两人知道，这条路线难度很高，也需要很长时间，但一旦成功，就有望扩大应用规模，并降低其他实验室的使用门槛。 研究团队从逆转录病毒中找到了灵感。经过数百万年的演化，这类病毒已经具备将自身 rna 基因组装入蛋白质外壳的能力，从而由一个受感染细胞传播至另一个细胞。研究人员对哺乳动物细胞进行了工程改造，使其表达一种逆转录病毒结构蛋白。 这种蛋白不仅能包裹病毒 rna，也能封装细胞自身的 rna。它嵌入细胞膜后，可以招募细胞 rna，并在其周围形成蛋白质外壳，生成病毒样颗粒。随后，颗粒从细胞膜出芽，进入细胞周围的培养液。科学家从培养液中提取样本，分离其中的 rna 并进行测序，便能了解这群细胞的转录组。整个过程不会破坏或损伤细胞。 “与使用机器人或对细胞进行机械活检的方法相比，我们这种由分子机制编码的方案，更容易被普通生命科学或生物医学实验室采用。”共同第一作者穆罕默德·纳吉亚（mohamad najia）说，“它尤其适合研究那些随时间变化的问题，而这正是我们希望利用这项技术弄清楚的。”纳吉亚是布莱尼实验室和波士顿儿童医院乔治·戴利（george daley）实验室的研究员。他与博拉霍以及布莱尼实验室博士后安娜·勒（anna le）共同领导了这项研究。 为了验证这项技术能否广泛应用，研究人员先后在永生化人类细胞、癌细胞系、干细胞、由干细胞分化而来的神经元，以及人类捐赠者提供的原代细胞中进行了测试，结果均证明方法有效。他们还测试了两种人类细胞共同生长的培养体系。通过为不同细胞释放的病毒样颗粒添加标签，研究人员可以在分析时区分两类细胞产生的信号。 细胞自主报告技术也适合研究具有关键三维结构、不宜受到干扰的生物系统。研究团队将其用于人类内皮细胞形成的球状体，成功捕捉到这些细胞在受到生化刺激后短时间内出现的转录变化。研究人员还与麻省理工学院生物工程和机械工程教授琳达·格里菲思（linda griffith）合作，把这项技术应用于她所在实验室的器官芯片设备。 器官芯片可以模拟人体器官的生理活动，有助于减少临床前试验或动物模型的使用。但这类设备结构复杂，很难从中取出细胞进行分析。借助细胞自主报告技术，研究人员能够持续监测芯片内皮细胞的基因表达变化。研究发现，参与组织血管网络形成的基因会出现不同变化，而变化方式取决于辅助成纤维细胞的来源。例如，来自子宫和肺部的成纤维细胞，会对相关基因活动产生不同影响。 布罗德研究所团队仍在探索这套系统的新应用，以及它能够回答哪些生物学问题。他们也在设法进一步改进技术，使其能够用于单细胞研究。现阶段，研究人员希望，那些希望长期追踪细胞和组织变化的科学家能够开始尝试这项方法。

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