在神經系統中，各種金屬離子相互關聯共同發揮著至關重要的作用。金屬離子的超載或缺乏都會導致一系列神經退行性疾病。因此，神經系統中各種金屬離子的檢測對于神經系統疾病的基礎研究和臨床檢測至關重要。但是，目前基于大量細胞樣品的金屬離子檢測方法會使個體細胞的異質性和多種金屬離子之間的精確關聯被群體細胞的平均數據掩蓋。而金屬離子的單細胞分析則有助于我們更好地認識以上問題。

在單細胞金屬離子檢測中如何特異性地同時獲取多種金屬離子的信號并避免細胞中復雜的生物基質干擾是該領域研究所面臨的重要挑戰。山東師范大學唐波教授（點擊查看介紹）課題組針對以上問題，將微流控芯片電泳技術與多色熒光檢測相結合，成功地實現了單個PC-12細胞中Na+、K+、Mg2+、Ca2+的同時檢測，方法原理如圖1所示。作者首先將細胞內的Na+、K+、Mg2+、Ca2+用熒光探針進行衍生標記，然后在微流控芯片中，利用液壓結合電場操控，完成單細胞的上樣、裝載及捕獲。接下來在高壓電場的作用下細胞發生溶膜，衍生化后的四種離子由于具有不同的荷質比，可通過芯片電泳得到高效分離。最后，他們利用課題組自行設計搭建的多色熒光檢測系統，可同時得到單個細胞內四種金屬離子的電泳譜圖（圖2）。作者通過建立的方法可以順利實現單細胞內四種金屬離子的同時定量檢測，并且細胞內其他生物分子對檢測無干擾。

圖1. 基于微流控系統的單個PC-12細胞內Na+、K+、Mg2+、Ca2+的同時測定原理圖

圖2. 10組單個PC-12細胞內Na+、K+、Mg2+、Ca2+的電泳譜圖

作者進一步將Aβ25-35刺激后的PC-12細胞作為阿爾茲海默癥的模型細胞，深入研究了該模型細胞中四種金屬離子的變化情況。研究結果表明（圖3），Aβ25-35的刺激會引起類神經元細胞內四種金屬離子的失衡，使K+ 和Mg2+ 的濃度有所下降，Na+ 和Ca2+濃度則有所升高。作者對于四種離子濃度變化的原因也做了進一步分析。該研究方法為單細胞水平多種金屬離子的同時分析提供了新的思路，研究結果為細胞內多種金屬離子如何協同作用調節神經退行性疾病的研究提供了新的依據。這一成果近期發表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者為山東師范大學的青年教師李璐。

圖3. （A）Aβ25-35刺激前后Na+、K+、Ca2+、Mg2+濃度變化的正態分布圖；（B）Aβ25-35刺激前后Na+、K+、Ca2+、Mg2+濃度變化的柱狀圖

原文出處：Lu Li, Yuanyuan Fan, Qingling Li, Renjie Sheng, Haibin Si, Juan Fang, Lili Tong, and Bo Tang，Simultaneous Single-Cell Analysis of Na+, K+, Ca2+, and Mg2+ in Neuron-Like PC-12 Cells in a Microfluidic System，Anal. Chem., 2017, 89, 4559, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b05045

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