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单细胞技术发展简介

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单细胞技术发展简介

发布日期:2021-05-27 作者: 点击:

单细胞技术发展简介



   单细胞技术的概念提出比较早,但受限于各种限制,一直没有得到大规模的应用,直到高通量单细胞测序技术出现。

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发展历程

  我们很早就明白:取样越来越精准,检测到的数据也越可信,如此才有显微切割取样技术;但即便如此,取样水平仍是细胞集合体的组织。而我们取样的终极取样目标就是单细胞水平。

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我们首先看看单细胞测序技术的流程,方便后面理解单细胞技术发展中遇到的难题。 

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单细胞测序流程

从流程看,单细胞技术有两大难点:单细胞分离RNA(蛋白)检测。随着一些消化酶手段应用,前一个难题逐步得到解决,而RNA检测则一直是一座难以翻越的大山,因为单细胞中RNA(或蛋白)都是痕量,一般手段根本检测不到或者检测不准确,直到高通量测序技术的诞生。


2009年北京大学汤富酬教授首次发表了单细胞痕量mRNA测序方案。至此,期待多年的单细胞技术曙光终于在生物界上空初现,大量研究者继续在各方向探索和推进,这期间不断催生各种新技术,如Smart-seq和CEL-Seq等


但这些方案都有个局限:受细胞通量的限制,只能进行少量细胞的单细胞RNA检测,直到2015年,这个问题才得到解决。2015年cell发表的Steven A. McCarroll的Drop-seq方案,它秘笈是微滴包裹单细胞和捕获磁珠技术。同年还有Stepphen P.A Fodor的Cyto-seq方案发表在Science上,其核心秘笈是微孔板分散和分隔单细胞及捕获磁珠技术。这两种方案商业化后成就市场上研究单细胞技术的两大领导品牌:10X genomics和BD Rhapsody。


 后面还有一些技术衍生,如空间转录组单细胞多组学,这里不详细展开介绍,我们继续回到单细胞技术话题上,除了上述实验操作上的技术局限外,数据分析也是一个难题。常规RNA测序,是细胞群体均一化的结果;而单细胞测序,则是群体中每个细胞独立测序的结果。所以一个样品的单细胞测序结果,就是几千至几十万个细胞测序结果,要分析处理的数据量也比常规测序大万倍以上。

单细胞测序的数据分析与常规的转录组分析看似差不多,却有着独到的分析结果。如我们通过数据分析,能得到细胞图谱,这个图谱,能反应细胞类型的构成;细胞类型间的转化关系;如果结合组织解剖图,我们能判定组织空间结构上细胞间的转化关系(图可见上一篇推文)


这篇文章主要介绍了单细胞研究的发展历史,下一篇文章将介绍单细胞技术领导品牌10X Genomics的操作原理,及与BD的比较。


tips:

单细胞技术发展分水岭是Drop-seq和Cyto-seq,他们解决细胞通量的秘诀是捕获磁珠技术,而这项技术的核心是条形码标签下面我们看看它长什么样:

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每个磁珠上都带有条形码,它是一段人为设计的特异DNA序列,包括R1、10X Barcode、UMI、Poly(dT)等结构,这个唯一的barcode序列可以给每个细胞打上不同的标签。通过对每条RNA序列的细胞来源进行锁定,才能正确地进行高通量单细胞的测序分析。


这篇文章主要介绍了单细胞研究的发展历史,下一篇文章将介绍单细胞技术领导品牌10X Genomics的技术原理,及它与BD的比较,感兴趣的朋友请关注!




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关键词:单细胞技术,10Xgenomics

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