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1161 人阅读发布时间:2021-11-18 09:23
在这个生命科学研究飞速发展的大时代,测序技术已经成为了实验的一道家常便饭。在这桌盛宴中,最令食客们食指大动的,非单细胞测序莫属。
哈佛大学分子和细胞生物学教授 Alexander Schier 曾这样形容单细胞测序:
「这几乎就像,通过几颗星星看到了整个宇宙。」
近年来单细胞测序的应用不断井喷,在描绘细胞功能、细胞互作、细胞命运等方面,为疾病的深入研究、组织的层析结构以及发育生物学的认知,提供了资源。
一:单细胞测序技术比起传统方法的优势在哪里?
敲黑板~单细胞测序可不是仅仅对一个细胞进行测序哦!而是说这种技术能对单一细胞的转录组进行捕获和检测,可以理解为单细胞水平上的测序,能同时测序成千上万个细胞。
对于多细胞生物来说,细胞与细胞之间是存在差异的。很多时候转录组上的失之毫厘,会导致功能上的差之千里。然而在多细胞水平上进行的传统研究方法,如 Bulk RNA-seq,最终得到的信号值其实是多个细胞的平均,可能完全丢失了异质性的信息。尤其对于真实组织这种多种类型细胞混合的复杂环境,传统「吃大锅饭」的方式会对我们探索和解答生物学问题带来极大困难。所以,单细胞测序技术的出现和应用,能够完全反映组织里不同细胞群体的异质性信息,帮助获得许多崭新的科研见解,带领生物学研究进入了一个「新次元」!

或许,将来单细胞测序将会成为普通的转录组测序、甚至是 PCR 一样常规的课题研究技术。
二:组织在手,如何设计和开展单细胞测序课题,才能跟上这单细胞测序飞速发展的大部队呢?
① 对比型研究思路:
可以选取疾病样本和正常样本作比较,或者选取治疗前后的样本互相比较,寻找不同分组的特异性细胞群体,深入研究这些细胞群体在疾病微环境中状态与功能的改变,涉及到的生物学机制,以及对疾病发生、发展的贡献。例如此前发布在 Nature 杂志上的一篇文章《Altered human oligodendrocyte heterogeneity in multiple sclerosis》,便对 4 例多发性硬化患者死后脑组织与 5 例对照组进行了单细胞测序的检测。

图片来源:Nature
② 进展型研究思路:
疾病的进展是连续性的,对于其进展过程的探索,往往两个分组是不够的,可以在疾病的进展中设置不同的节点进行系列性的研究,能够更契合地去解释发病过程里时序性的变化。同时这种思路也适用于造模的研究,以及发育生物学中不同发育阶段样本的研究。如下图,在 2019 年 4 月发布在 Clinical Cancer Research 杂志上的一篇文章《Single-Cell Transcriptomics of Pancreatic Cancer Precursors Demonstrates Epithelial and Microenvironmental Heterogeneity as an Early Event in Neoplastic Progression》,运用单细胞测序检测了疾病发展的 3 个不同节点:2 例低等级胰腺导管内乳头状黏液瘤 VS 2 例高等级胰腺导管内乳头状黏液瘤 VS 2 例胰腺导管腺癌样本。

图片来源:Clinical Cancer Research
③ 富集型研究思路:
如果并不想要检测整个组织中所有的细胞类型,而只是对其中某一类、或某几类细胞类型感兴趣,就可以先进行分选操作,把目标细胞类型筛出来再去做单细胞测序,这样就能通过针对性的研究,特异性地探索所关注的细胞种类的变化。例如今年 1 月发表在 Cell 上的这篇研究,单细胞测序检测了 12 例肝细胞癌原发肿瘤 + 6 例肝细胞癌早期复发性肿瘤 vs 配对癌旁组织,分选出的 CD45 + 和 CD45- 细胞,按照 3:1 的比例混合进行测序。于 2021 年 1 月发表在 Cell 杂志上,文章标题为《Single-cell landscape of the ecosystem in early-relapse hepatocellular carcinoma》,影响因子高达 41.582。

图片来源:Cell
三:如果做单细胞测序,该找谁呢?
当然是找芯超生物啦!基于国家生物样本库的大样本验证经验,参与多个国家重大专项的研究(2017 年承担国家精准医疗大数据重大专项,并负责中国重⼤疾病与罕见病临床与⽣命组学数据库建设任务),芯超生物在组学研究方面积累了较为丰富的经验,致力于为广大科研工作者提供优质组学技术服务和生物信息技术支持,芯超生物早早发展出完善的包括 10X Genomics 平台在内的单细胞测序 + 空间转录组一站式解决方案。
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