九州大学重磅成果！氧化还原水凝胶微球，抗体细胞筛选效率快100倍

在高产抗体细胞株的开发流程中，最核心的难题是如何从高度异质的细胞群体中，精准找到单个高分泌克隆，同时保证筛选后细胞能够正常存活、增殖并维持稳定的抗体表达能力。传统流式与高通量筛选虽然能够实现单细胞检测，但难以在分选前对细胞进行长时间培养，也无法将细胞分泌的抗体原位捕获在单细胞周围，导致信号弱、信噪比低；微孔板筛选通量有限，单日处理量仅约10⁵级别，耗时长、成本高、操作繁琐；而多数微流控筛选体系虽然能够实现单细胞包裹，却缺少温和可控的释放机制，难以将目标单细胞完整回收用于后续扩株。正是这些痛点，让兼具包裹、培养、捕获、分选、回收五大功能的一体化平台成为行业迫切需求。

这项研究的核心创新，是设计并验证了以二硫键为交联点的氧化还原响应水凝胶微球（redox‑HBs）。

研究人员首先将同时表达IgG抗体和绿色荧光蛋白GFP的报告细胞CHO(IgG/GFP)与水凝胶前体混合，在微流控芯片中形成水包油乳液，实现单细胞的精准包裹，随后通过酶促反应完成凝胶化，再破乳获得分散在水相中的单细胞负载水凝胶微球。将微球在培养体系中孵育1–6天，让细胞持续分泌抗体并被微球内的Protein G捕获，达到足够的信号积累量。之后采用Protein L‑HRP结合酪胺信号放大体系TSA‑Cy5对捕获的抗体进行荧光标记，让高抗体分泌的微球呈现出强烈的红色荧光，再通过荧光激活液滴分选FADS系统，依据GFP绿色荧光与Cy5红色荧光双信号进行高通量分选，精准圈选出高分泌微球群体。

分选完成后，直接向微球悬液中加入10mM半胱氨酸溶液，二硫键快速断裂，微球迅速降解，内部的活细胞被完整释放，可直接转入培养板进行扩繁和后续验证。

研究团队通过系统实验验证了该平台的各项性能，结果显示该体系在包裹效率、信号强度、分选准确性和细胞活性维持上均表现优异。在单细胞包裹方面，细胞浓度为2.5×10⁶cells/mL时可实现最优的单分散包裹，大幅降低多细胞包裹带来的干扰。

 

在抗体捕获与信号积累方面，孵育1天时信号较弱，3天时抗体捕获量已达到饱和，继续延长至6天无明显提升，说明3天即可完成高效富集与检测，显著缩短筛选周期。

 

在分选与回收方面，经FADS分选后的微球可被半胱氨酸高效温和降解，释放的细胞在再培养过程中生长状态良好，9天即可达到汇合，且细胞生长曲线与抗体分泌水平和未处理的对照组无显著差异，证明整个包裹、培养、分选、降解流程不会对细胞活性和抗体表达能力造成负面影响。

同时，该平台的筛选通量可达每日约10⁷次，比传统微孔板筛选提升近100倍，试剂消耗大幅降低，具备极强的工业化应用潜力。

这套基于氧化还原响应水凝胶微球的筛选平台，真正实现了单细胞包裹、原位抗体捕获、高通量分选、活细胞温和回收的全流程一体化，弥补了现有技术在高通量、可培养、可回收之间难以兼顾的短板。对于生物制药行业而言，它能够显著缩短高产细胞株的开发周期，将原本数月的筛选过程压缩至数周，同时降低培养基与试剂消耗，提高高产克隆的获取成功率，并且可直接适配CHO、杂交瘤等工业常用宿主细胞，具备高度的通用性与拓展性。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1389172324001105