米兰官网-一次“看清”百万细胞！科学家突破单细胞测序局限—新闻—科学网

于生命科学范畴，单细胞测序技能就像一把“周详手术刀”，让科学家患上以剖析每一个细胞的份子特性，为深切理解生命的繁杂性提供怪异视角。然而，现有的单细胞测序技能的局限性往往需要科学家做出弃取：要末遗漏某些细胞，要末抓不住细胞形态。这便致使于应答一些繁杂研究场景时，现有技能就犹如“瞽者摸象”般看不到细胞所处情况的全貌信息。

北京时间8月22日，华年夜生命科学研究院牵头设置装备摆设的基因组多维解析技能天下重点试验室结合多家机构，于《科学》发布了细胞组学技能Stereo-cell，该技能实现了多模态整合、原位动态捕获、极限样本兼容、百万级通量等技能冲破，打破传统单细胞测序技能局限。

据先容，该结果将鞭策单细胞测序挣脱往往只能获取单一份子层面信息的“平面解析”模式，迈向统筹多模态信息具有“立体洞察”能力的脱“单”时代，将为范围化开展细胞病理、发育与朽迈、免疫与疾病、动植物遗传与进化等前沿研究提供强有劲的支撑。

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一次性捕获、辨认百万个细胞

今朝，单细胞研究范畴最主流的技能之一是基在液滴微流控的高通量单细胞测序技能。但这类传统的单细胞测序技能存于诸多局限，例如细胞收受接管率低；没法直接不雅测细胞形态与外形；对于年夜尺寸细胞解析坚苦、信息捕捉不全；试验批次间的细胞数据差异年夜等。

于该研究中，研究职员提出的Stereo-cell技能基在高密度DNA纳米球（DNB）阵列芯片，于无需依靠特定装备举行细胞分开封装的环境下，可直接对于细胞举行原位捕捉及转录组测序，实现了从百个至百万个量级细胞的无偏捕捉，同步解析细胞的转录、卵白旌旗灯号与形态学信息。

“该芯片以直径仅为220纳米的小球以500纳米的间距密集摆列构成，就像纳米级另外‘捕手’，经由过程静电吸附的方式以捕捉细胞，防止了传统要领中因物理限定致使的细胞丢掉或者变形的问题。”文章配合第一作者、华年夜生命科学研究院副研究员刘畅先容。

经由过程联合显微成像和空间定位，Stereo-cell能对于所捕捉的每个细胞举行“CT扫描”及“GPS定位”，实现对于每个细胞的精准辨认，防止了因多个细胞堆叠或者配景混乱致使的误判。研究显示，该技能天生的单细胞基因表达谱与传统平台得到的数据高度一致，且细胞类型比例更契合真实环境。

于该项研究中，科研职员使用Stereo-cell技能，于0.5×0.5厘米、6×6厘米差别尺寸芯片规格上，实现了从百个到百万个量级细胞投入的超宽通量规模，且可以或许于一次试验中从年夜范围样本中辨认出罕见细胞亚群，即便占比仅0.05%的罕见细胞也能被精准找到，实现“年夜海捞针”。此外，Stereo-cell芯片尺寸最年夜可到达13×13厘米，为将来更年夜细胞通量研究提供了可能。

“及时直播”细胞动态变化

可否一次性得到细胞的多维度信息，如细胞形态特性、份子类型及功效状况，一直是单细胞研究中的技能难题。研究职员先容，Stereo-cell整合了荧光染色及抗体标志技能，能同时捕捉细胞形态、转录本及细胞外貌卵白，同时辨认细胞类型与其功效，相称在给细胞拍一张“多模态立体照片”。

“已往做单细胞测序时，需要做许多验证性试验，例如免疫荧光染色或者流式细胞术等，如今咱们将这些技能集成于一路。一次试验就能捕捉百万数目细胞，而且获取形态、转录及卵白特性，实现更深度地解析细胞的病理状况。”文章配合第一作者、华年夜生命科学研究院研究员刘传宇暗示，Stereo-cell技能将显著鞭策单细胞组学迈向临床细胞组学，有望于疾病机制研究及临床转化中阐扬巨年夜潜力。

此外，Stereo-cell撑持细胞直接于芯片上造就，实现原位动态测序，捕获基因转录活性变化，并保留空间位置和时序变化信息。于芯片上造就成纤维细胞的研究中，该技能不仅捕捉了细胞迁徙及纤维化历程中的基因表达变化，还有解析了细胞外囊泡的时空漫衍纪律，以和真什物理接触细胞间的互作旌旗灯号。这为理解细胞间通信打开了全新视角，极年夜扩大了单细胞测序研究的界限，如运用在年夜范围药物筛选及小份子扰动试验等。

研究职员先容，Stereo-cell还有可以或许解析传统技能难以处置惩罚的“极限样本”。例如，于骨骼肌纤维研究中，Stereo-cell能精准区别差别功效区域的基因表达，展现肌纤维的空间异质性；于体积较年夜的卵细胞研究中，Stereo-cell可高通量地原位捕捉719个卵母细胞，绘制其从生长到成熟历程中的基因表达变化、染色质形态动态及RNA亚细胞空间漫衍等。

助力冲破生命科学底层理论

于21日举办的结果发布会上，基在Stereo-cell技能平台，“百亿细胞同盟（10BC）”正式建立，旨于绘制细胞图谱，构建虚拟细胞，深度解码生命底层纪律，鞭策生命科学实现从生物数据贮备到智能技能驱动的财产改造。

“当前于生命科学范畴，咱们还没有形成像物理、化学、质料等范畴的底层纪律性总结，还有处于描写性、不雅察性的阶段。”基因组多维解析技能天下重点试验室主任、华年夜集团首席研究员徐讯说道，跟着人工智能技能（AI）的成长，经由过程整合有用的单细胞数据以构建虚拟细胞模子，实现生命科学底层理论的冲破逐渐成为科学界的共鸣。

本年三月，扎克伯格-陈规划(CZI)公布启动“十亿细胞项目”,方针是天生10亿级单细胞数据,加快AI生物模子开发。但该数据集的技能基础仍以上一代单细胞技能为主，缺少形态与多构造信息。徐讯先容，Stereo-cell不仅是技能平台，更是新一代生命数据引擎。而基在此平台倡议的百亿细胞同盟，将构建包括生命图谱、疾病图谱及扰动相应图谱于内的“三年夜细胞宇宙数据库”。他呼吁：“接待全世界科研团队共建同享，配合鞭策细胞AI年夜模子与虚拟细胞体系研发，实现从数据到诊疗的体系性跃迁。”

“于当前的生命科学成长阶段，需要整合更多的信息及数据。单细胞解析的数据假如能笼罩年夜细胞和细胞间交互作用，甚至邃密到亚细胞布局层面。将这些百亿、千亿级另外细胞多维信息举行三木SEO-整合，并借助AI模子举行体系性阐发，将极年夜深化咱们对于疾病机制的理解，鞭策庞大范畴的科学立异，特别对于繁杂疾病及慢性病的防控具备深远意义。” 上海瑞金病院长三角康健研究院院长曹亚南说道。

相干论文信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr0475