300多年前,罗伯特·胡克发现细胞是生命的基本单元;32年前,人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)启动,将遗传基本单元序列化;5年前,人类细胞图谱计划(Human Cell Atlas Project,HCA)启动,立足于HGP基础与“脑计划”(Human Brain Project, HBP)相辅相成。单细胞技术的出现是革命性的突破,让人类能够研究组织内每一个不同细胞的基因组、转录组、甚至多组学。通过与荧光标记、显微切割等其他技术结合,单细胞技术还可以测定组织中所有细胞的空间属性和相互作用。这些技术正在或将在肿瘤、生殖、免疫等多个生物医学领域中得到广泛应用,单细胞让传统技术如虎添翼,引领新一轮基础和临床医学的技术革命。
打破国外技术垄断
自主研发单细胞测序产品
自2009年第一篇关于单细胞mRNA测序的文章“mRNA-Seq whole-transcriptome analysis of a single cell”发表在Nature以来,单细胞技术一直处于发展快车道。从2013年大规模的商业化至今,在给定的预测期内,全球单细胞技术市场预计到2026年将达到约70多亿美元,并将会以高个位数的年复合增长率增长。为打破单细胞试剂耗材及仪器长期的国外技术垄断,降低单细胞应用的成本,让单细胞技术能够惠及更多的科研群体,经过潜心研发,百迈客在单细胞测序领域实现了新的突破。就在5月25日,百迈客正式发布自主研发的单细胞微液滴系统——百创DG1000!
这款单细胞微液滴系统——百创DG1000,具有独特的技术优势:
■ 单细胞微液滴系统百创DG1000(图1)重量只有3.5千克左右,较传统平台减重1/3,极大地提高了便携性;
■ 芯片采用拆分设计方式,将原来的8个流道拆分至4张芯片上,在保证上样灵活性的同时更减少了实验成本;
■ 相比传统平台,新系统的实验过程缩减至110秒,尽可能降低环境对细胞状态的影响;
■ 该系统优化了通道兼容性,可以兼容更大的细胞直径。该系统的独特优势让单细胞技术可以惠及更多的科研群体。
图1 单细胞微液滴系统百创DG1000(图源:百迈客官网)
百迈客生物总裁郑洪坤表示,百创DG1000通过国产化替代降低了成本,提高了应用的广度。百创DG1000利用微流控、油滴包裹和Barcode标记等技术来实现高通量的细胞捕获,可以在极短的时间内完成油包水,形成乳浊液,为后续实验节省时间。仪器本身也更加小巧,轻便,所应用的单细胞芯片为百创智造自主研发的国内首款2*4芯片,可快速实现1~8个样本的灵活上机,完成单细胞测序文库构建。
百迈客生物总裁 郑洪坤
特聘研究员肖正涛告诉生物探索记者:单细胞测序应用范围非常广,它主要的关注点为准确度和成本问题。而百创DG1000则重点解决了这两个非常关键的问题:一个是准确度的问题,百创DG1000可以更快速得到结果,而且方便灵巧,可实时检测,很大程度减少细胞在环境中的暴露时间,减少外界温度刺激细胞的影响;另一个是成本问题,百创DG1000可以做到更低的成本。百创DG1000通过降低单细胞应用的成本,攻克了瓶颈问题,技术顺应得到普及。它的出现让更多的高校、科研院所和医疗系统能够用更低的成本来使用技术,推动生物学理论和应用的持续发展。
西安交通大学基础医学院特聘研究员 肖正涛
研究员李博生告诉生物探索记者,美国制造商生产相同竞品的成本定价给本国可以降到1/3。为了回本研发成本折扣就不会给到其他国家,与此同时,我们自己国产化同类型的这个平台也是一样的情况,我们有了独立自主生产的产品相应也有了定价权,成本控制也掌握在自己手中,这样我们才有足够的可能性去做出更多的样品。
北京大学现代农业研究院研究员 李博生
在基础医学或临床医学中,单细胞技术可帮助了解肿瘤细胞、免疫细胞的基因表达的模式、功能之间的联系,包括肿瘤内部的基因表达。肿瘤的大量基因组和转录组研究将有助于揭示癌症的基因组复杂性,而单细胞测序技术恰恰提供了一种强大的工具,可以更高分辨率的去检测器官组织里细胞基因,从而剖析肿瘤内的遗传和转录组异质性。
单细胞测序可用于研究癌症发展各个阶段的遗传学和生物学,例如起源细胞、癌前病变、原位癌、癌症转移等研究等。肿瘤组织内的细胞具有不同的遗传和表型特征,通过检测肿瘤细胞的异质性,绘制肿瘤细胞和肿瘤微环境的细胞图谱。进一步明确肿瘤组织内的细胞群,寻找特异性标志物,解释肿瘤发生、转移等一系列问题。
肖正涛表示,单细胞测序技术目前已经应用于新冠领域的研究,病毒进入人体的过程以及器官组织的机理,用单细胞测序技术——百创DG1000就可以更快、更准确地捕获、检测病毒相关的基因。通过细胞的单细胞转录组测序数据,并迅速完成数据整合与分析,可揭示新冠病毒感染机制和在不同疾病发病阶段机体免疫反应特点。用单细胞技术可以发现对于新冠重症患者,免疫细胞等功能有哪些影响,在这个药物作用之后细胞里一些基因表达信号通路以及代谢的影响。我们可以更准确地去了解免疫系统发生了什么样的改变,更系统更全面地攻克病毒。正所谓知己知彼,百战不殆。
百迈客生物副总裁 刘敏
撰文|乔维钧
排版|乔维钧
视频|孙喆
设计|孙喆
End
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