近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫(yī)工所微納系統(tǒng)與仿生醫(yī)學研究中心研究員陳艷和南加州大學教授鐘江帆合作，在針對稀有細胞樣本的單細胞測序技術方面取得新進展。相關研究成果以Improving single-cell transcriptome sequencing efficiency with a microfluidic phase-switch device 為題在線發(fā)表于《分析學家》(Analyst)上，并被選為封面論文重點介紹，助理研究員張寶月為該論文的第一作者。

單細胞測序技術是近年來迅速發(fā)展的生命科學前沿技術，它在單細胞水平揭示細胞的基因結構和基因表達狀態(tài)，反映細胞間的異質性，為生命科學的研究提供了獨特的視角。近年來，單細胞測序技術在腫瘤、發(fā)育生物學、微生物學、神經科學等領域發(fā)揮著重要的作用，成為了生命科學極具潛力的熱點研究工具。常規(guī)的商品化平臺如10X Genomics、BD Rhapsody等系統(tǒng)主要適用于大規(guī)模細胞的分離和建庫，但對于數目極其稀少的一些珍貴樣本，例如循環(huán)腫瘤細胞、胚胎干細胞等，其單細胞的高效捕獲和測序前處理仍然存在著很大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的技術很難避免稀有樣本的損失，也難以在單細胞層次優(yōu)化建庫質量，滿足深度測序的需求。

該研究針對稀有細胞樣本的分析，提出了一種新穎的方法來提高單細胞轉錄組測序的效率，研發(fā)了集成數十個細胞捕獲-操控單元的微流控芯片。在微流控芯片中，結合流體動力學設計的微篩結構與單細胞操控單元集成在一起，可以實現接近100％的單細胞捕獲率，并最大程度地減少了細胞的損失，因此這種獨特的芯片設計非常適合于細胞數量有限的生物樣品。微流控芯片中引入了一種新型的液體-凝膠相變策略，可以快速地將單細胞封裝為皮升級大小的水凝膠微滴，使其易于操控并保持細胞活性，有助于實現后續(xù)的單細胞轉錄組擴增反應。同時，單細胞的轉錄組擴增在皮升級的微小反應體系中進行，可以提高RNA-Seq中的逆轉錄效率。通過這個新穎的微流體平臺，科研人員可以同時捕獲數十個人胚胎干細胞(hESC)，然后通過芯片中的精準微閥操控，獲得數十個皮升體積的單細胞樣本，從而可以方便地構建用于深度單細胞轉錄組測序的高質量文庫。該研究中的單細胞轉錄組測序數據，驗證了該方法能夠提高轉錄組擴增的效率，并獲得高質量的cDNA文庫用于測序分析。測序結果證實了人胚胎干細胞H9群落存在較大的異質性，并具有廣譜的多能性。

該研究構建了一種低成本、穩(wěn)定可靠的微流控平臺，可以實現高效的單細胞測序前處理，為單細胞測序的臨床應用，特別是針對于稀有樣本例如循環(huán)腫瘤細胞、早期發(fā)育胚胎細胞的精準分析，提供了一種全新的思路，有助于科學家攻克目前液體活檢研究中的關鍵技術難點。

微流控單細胞測序新技術

該研究工作得到國家自然科學基金、廣東省干細胞與組織工程專項、深圳市學科布局項目、中科院青年創(chuàng)新促進會等的資助。

論文鏈接：

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