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文章来源: 测序中国       发布时间:2019-01-30

自2009年单细胞测序技术问世,2013年单细胞测序技术被Nature Methods评为年度技术以来,它越来越多被应用在科研领域。2018年单细胞测序技术的研究成果涉及到肿瘤微环境、免疫治疗,动植物胚胎发育,心血管疾病的发生发展机制等众多领域,单细胞检测新技术也是层出不穷,本文日前对该领域的突破与变革进行了盘点。


2018单细胞测序应用领域突破与变革成果盘点 涉及多领域


2015年以来随着10X Genomics、Drop-seq、Micro-well、Split-seq等技术的出现,彻底降低了单细胞测序的成本门槛。自此单细胞测序技术被广泛应用于基础科研和临床研究,相应成果也备受CNS青睐,文章如雨后春笋般频频出现在高分杂志。2018年单细胞测序技术的研究成果涉及到肿瘤微环境、免疫治疗,动植物胚胎发育,心血管疾病的发生发展机制等众多领域,单细胞检测新技术也是层出不穷,博奥晶典日前对该领域的突破与变革进行了盘点。


单细胞测序之肿瘤微环境


1. Nature及Nature Medicine两连发:北京大学张泽民教授课题组重磅解析结直肠癌和肺癌免疫微环境


2018年6月、10月张泽民教授课题组分别在Nature Medicine和Nature发布重大研究成果,在单细胞水平绘制肺癌和结直肠癌T细胞免疫图谱,揭示了肺癌和结直肠癌T细胞的亚群分类、组织分布特征、肿瘤内群体异质性及药物靶基因表达情况,鉴定了跨组织分布的T细胞类群及亚群间潜在的状态转换关系,这对于肺癌和结直肠癌的诊断和治疗具有重大意义。


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2. Cell:美国研究团队绘制目前规模最大免疫细胞图谱,探索乳腺癌免疫微环境


2018年8月23日,美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心团队,使用单细胞转录组测序,分析了人乳腺肿瘤以及配对的正常乳腺组织,外周血和淋巴结4个组织来源的共47016个免疫细胞的基因表达特征。揭示肿瘤内淋巴细胞和髓系细胞的异质性,与正常乳腺组织相比表现出显著的表型扩增。这种异质性通过各种环境刺激反应引起的组合基因的表达,且TCR的特异性参与了T细胞组合基因表达的形成。所观察到的T细胞状态的连续性变化颠覆了之前较少分化或激活离散状态形成的肿瘤微环境的经典概念。


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3. Cell:以色列研究团队使用单细胞转录组测序揭示黑色素瘤肿瘤浸润T细胞的转录组异质性和分化途径


2018年12月,以色列Ido Amit实验室李汉杰博士等通过对25名黑色素瘤患者肿瘤中免疫细胞的单细胞转录组测序和单细胞TCR测序分析,绘制黑色素瘤详尽的免疫细胞图谱。该研究发现尽管不同免疫细胞亚型存在于大多数患者中,但是它们的相对丰度在不同患者中存在很大差异。此外,尽管丰度不同,所观察到的CD8T细胞的的分化途径却是高度保守的。


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单细胞测序之人脑“中央处理器”


1. Nature:中国科学家王晓群等人首次解析人脑“中央处理器”,领先美国脑计划


2018年3月,中国科学家团队在新濠天地娱乐赌场顶级期刊Nature发表重要研究成果,研究团队使用单细胞转录组测序分析了2300多个来源于8——26孕周、尚处于发育阶段的人类前额皮质细胞。该研究明确了细胞构成、重构了这些神经细胞类型之间的发育谱系关系,比美国“脑计划中的细胞图谱部分”快了一步。 这为解答前额叶皮层如何参与“思考和思想形成”这一关键问题的后续研究提供了高精度的细胞图谱,是前额叶皮层发育研究史上的重要突破和重大进展。


单细胞测序之细胞图谱


自2017年,“人类细胞图谱计划”开展以来,2018年进展神速,3月,Sanger研究所官网宣布,完成了25万个发育细胞测序。研究成果已经陆续Online,为我们后续使用单细胞测序开展研究提供了丰富的数据资源。


1. Science:7万个肾组织单细胞测序数据,揭示肾癌细胞身份标签


2018年8月10日,英国剑桥大学韦尔科姆基金会桑格学院研究所在Science发表题为“Single-cell transcriptomes from human kidneys reveal the cellular identity of renal tumors”的文章,该研究通过分析72501个肾组织细胞的转录组数据特征,并结合了对应肾癌组织的全基因组测序数据,鉴别了正常的肾细胞和癌变的肾细胞,精确地解释了人类肾癌各组分及对应的细胞特征。


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2. Nature:7万个单细胞测序数据,绘制了人类妊娠6-14周胎盘最详细细胞图谱


2018年11月15日,英国剑桥桑格研究所的研究人员在Nature上发表了题为“Single-cell reconstruction of the early maternal–fetal interface in humans”的研究成果,该研究对妊娠早期(6——14周)胎盘的约7万个细胞进行单细胞转录组测序并绘制了胎盘细胞图谱,为理解人类妊娠早期胎盘的细胞组成和细胞通讯带来了新见解。此外,这项研究还探索了对妊娠成功至关重要的维持生理环境稳定的机制。


该研究发现了个别细胞亚群的特化功能,并鉴定出了可能有助于使有害母体免疫反应最小化的调控互作。此外,该研究还鉴定出了蜕膜自然杀伤细胞(dNK,decidual natural killer)的三个主要亚群。在初次妊娠期间,dNK1亚群细胞与特定的胎盘细胞之间的互作可能使dNK1细胞能够更加有效地应答再次妊娠时的胎盘植入。这些发现为理解早期妊娠提供了重要信息,对提高妊娠相关疾病的诊疗具有一定意义。


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3. Cell:1500个样品的单细胞测序数据,构建出人类迄今最详尽免疫细胞图谱


2018年11月15日,美国拉霍亚免疫学研究所的研究人员在Cell发表了题为“Impact of Genetic Polymorphisms on Human Immune Cell Gene Expression”的研究成果,并构建了DICE数据库(https://dice-database.org/)分享他们的数据,通过该数据库,全新濠天地娱乐平台官网的科研学者可以探究这些数据,探究他们与基因、细胞类型或者疾病存在的关联。


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单细胞测序之胚胎和组织器官发育


一个受精卵,如何从单细胞发育分化为不同的细胞类型,一个成熟的组织或者器官又是如何一步步发育而来,一直是个未解之谜。单细胞测序的出现为解开这些谜团提供了强有力的工具。


1. PNAS:10X 平台国内首篇科研论文,发现肺泡发育和再生的新机制


2018年2月,北京生命科学研究所的汤楠、蔡涛团队,使用单细胞转录组测序技术在肺泡发育和再生研究领域取得突破性进展,发现肺泡I型细胞(ATI)在肺泡发育和再生过程中存在异质性,lgfbp2是一种高度特异性的AT1细胞终末分化标记,为肺部疾病和肺再生功能的遗传和细胞机制提供了重大参考。


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2. 3篇Science长文:揭开早期胚胎发育神秘面纱


2018年4月26日,哈佛大学的科研团队在Science杂志同时发表三篇文章,用单细胞转录组测序技术绘制了斑马鱼和非洲蟾蜍胚胎发育过程的细胞图谱,研究成果为我们理解发育生物学提供了重大线索。


通讯作者之一Allon Klein在哈佛医学院官方新闻中表示,“通过单细胞测序技术,我们现在可以在一天的工作中重复出过去数十年来关于生命早期阶段细胞命运决定的研究(With single-cell sequencing, we can, in a day’s work, recapitulate decades of painstaking research on the decisions cells make at the earliest stages of life)”。


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单细胞测序之单细胞转录组测序新技术


1. Cell:浙江大学郭国骥团队创建基于Micro-well单细胞检测技术,绘制新濠天地娱乐赌场首张哺乳动物细胞图谱


2018年2月23日,浙江大学医学院郭国骥团队在Cell杂志发表了题为“Mapping the Mouse Cell Atlas by Microwell-seq”的科研论文。该研究成果利用实验室自己开发的一套Microwell单细胞测序检测技术,对小鼠近50种组织器官的40多万细胞进行了单细胞转录组测序,绘制了新濠天地娱乐赌场首个哺乳动物的细胞图谱。该技术不仅提高了单细胞技术的检测丰度,检测费用相对于油滴包裹的单细胞测序技术降低了一个数量级。


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基于Micro-well的单细胞转录组测序技术原理


2. Science:SPLit-seq将单个细胞的转录组测序建库成本降至1美分


2018年3月16日,美国艾伦研究所和华盛顿大学的研究团队在Science发表科研论文,该技术通过成本低廉的组合条形码原理,将单细胞转录组测序成本降低到1美分,从而使单细胞转录组测序这个高大上的技术彻底“平民化”,再一次打破了单细胞检测的费用门槛。


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单细胞测序之单细胞其他组学检测技术


2018年单细胞检测新技术频出,为我们更好认识细胞和开展单细胞水平的研究提供了丰富的解决方案。


1. BD公司单细胞靶向基因检测方案推出,灵活的订制体系为单细胞检测技术走向转化提供了温床


2018年1月,BD公司基于Micro-well检测原理推出BD Rhapsody单细胞测序平台,靶向基因的检测更有利于低表达基因的检出。针对乳腺癌、免疫反应、T细胞、干细胞等设计了多个Panel,大幅降低了单细胞测序检测费用,使得单细胞测序技术走向临床转化成为可能。


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2. 10X Genomics单细胞CNV解决方案推出,助力大规模单细胞基因组检测


2018年6月,10X Genomics公司推出单细胞CNV解决方案,该方案基于Droplet的原理可以并行分析数千个细胞的单细胞DNA,并通过基因组比对获取每个细胞在基因组不同位置的倍性。该解决方案使单细胞基因组学研究得以加速,从单个细胞到群体单细胞研究。


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3. BD公司Abseq检测技术,推动单细胞表面蛋白检测


2018年9月,BD公司利用其多年在流式检测和抗体检测的经验,推出单细胞细胞表面蛋白解决方案,BD Abseq assay。该技术将高质量的抗体和寡核苷酸结合在一起,使得科研人员能够在BD平台开展单细胞表面蛋白的检测。此外,通过改进该技术还可以与单细胞RNA同时检测,完整揭示出单个细胞内基因和蛋白在生物学系统中的作用。


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4. 10X Genomics单细胞检测技术与ATAC-seq强强联合:推出首个大规模单细胞表观遗传学解决方案——单细胞ATAC检测技术


Science和Nature在2015年分别发表了《通过标记组合细胞研究单细胞染色质可及性》和《单细胞染色质可及性揭示转录调控机理》两篇文章。这两篇论文先后提出利用单细胞ATAC-seq技术对染色质可及性进行检测,探索细胞转录调控机制,解决了以往存在的细胞异质性难题,成为ATAC-seq技术的一大突破。


2018年10月,10X Genomics单细胞ATAC-seq解决方案正式推出,其基于10X Genomics Chromium平台,在单细胞水平对细胞染色质开放区域进行检测的新技术。可用于绘制细胞染色质开放区的单细胞图谱,是一种单细胞水平研究表观遗传学的有效手段。


2018单细胞测序应用领域突破与变革成果盘点 涉及多领域


5. The Scientist评选2018年十大创新技术,10X Genomics单细胞免疫组库检测技术荣获第4


2018年12月,在10X Genomics公司先后推出针对人和小鼠的单细胞TCR+BCR检测方案后,科学家杂志对此给予高度评价,年底的十大创新技术评选中,该技术荣获第4。单细胞免疫组库检测除了可以获取单细胞的基因表达数据外,还可以获取编码免疫细胞表面受体(TCR/BCR)的基因序列信息,借此我们可以轻松地获取到一个细胞内的α链β链,以及重链轻链的组合信息,为我们更为全面的认识免疫细胞提供了精细准确的解决方案。


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单细胞测序之细胞空间定位


1. Cell:斯坦福大学科研团队首次发现肿瘤细胞和免疫细胞的结构化空间分布


2018年9月6日,斯坦福大学科研团队在Cell发表题为“A Structured Tumor-Immune Microenvironment in Triple Negative Breast Cancer Revealed by Multiplexed Ion Beam Imaging”的研究论文,该文章改善了原位成像检测一两个蛋白这种低通量的检测手段,使用不同的同位素标记36个蛋白,然后通过离子束激发,产生对应的离子信息,从而获得多个蛋白在单细胞水平的信息。通过该技术,我们可以系统地理解乳腺癌肿瘤细胞和不同种类免疫细胞的空间分布特征,而获取到这些信息,也能更为精确地帮我们认识不同患者的细胞分布特征,进而评估免疫治疗的预后。


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2. 2018年12月,10X Genomics收购Spatial Transcriptomics,拓展“空间基因组学”业务


该技术将组织学和基因表达分析相结合,结合显微镜成像技术和RNA测序技术,可以从一片完整的冰冻组织切片中,获取切片上不同位置细胞中的完整转录组数据。它不仅可以获取单细胞的基因数据,还可以比较组织不同部位的细胞基因信息变化,了解细胞间的相互作用,在肿瘤学、神经科学和免疫学等疾病领域提供了丰富的可能性和广阔的应用前景。


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