2011值得關注的技術：單細胞技術

日期：2012-01-03 08:59:36

《Nature Methods》盤點2011年度技術，選出了最受關注的技術成果：人工核酸酶介導的基因組編輯（genome editing with engineered nucleases）技術。

除了基因組編輯以外，《Nature Methods》也整理出了2011年最值得關注的幾項技術，分別為：單細胞技術（Single-cell methods）、功能基因組資源（Functional genomic resources）、糖蛋白組學（Glycoproteomics）、單倍體因果突變（Causal mutations in a haploid landscape）、單層光生物成像（Imaging life with thin sheets of light）、非模式生物（Non–model organisms）、光基礎電生理學（Light-based electrophysiology）和RNA結構（RNA structures ）。

其中單細胞或者單分子之類的技術幾乎每年都會出現在Nature Methods的這一名單中，比如去年的單分子結構分析技術（Single-molecule structure determination）。所謂單細胞技術很好理解，就是相對于群體細胞研究，針對單個細胞的研究技術，由于培養基或者機體中的細胞存在多樣性，或者說是異質性，這為許多實驗分析造成了障礙。可以說，隨著現代生物學的發展，“平均值”這個詞已經不能滿足我們的需要了，我們要了解細胞之間的差異性。

然而要進行單細胞分析也困難重重，從技術上說也存在幾個方面的問題。首先無論是針對一個特異性大分子，還是在OMIC水平上進行分子分析，都存在單細胞提取物數量少，難以分析的困難，這甚至可以說是不可能完成的，因此增加靈敏度勢在必行。

除此之外高通量分析也是一個瓶頸，要想獲得單細胞分析確切的分析結果，研究人員必須快速而準確的分析多個細胞，這并不容易。另外單細胞分析也常常需要進行多種方式分析，這不僅是由于細胞存在于一種異質性環境匯總，而且也在同一時間，也需要測量多個參數。

不過值得慶幸的是，今年在這些方面都不斷有好消息傳出，比如質譜流式細胞分析技術，這種技術采用了同位素作為抗體標記，替代熒光探針，從而延伸了流式細胞儀的多元分析能力。這篇題為“Single-Cell Mass Cytometry of Differential Immune and Drug Responses Across a Human Hematopoietic Continuum”的文章由多倫多大學和斯坦福大學完成，他們采用同位素標記抗體，結合質譜分析的方法實現了同時對細胞表面多達一百種標記物的檢測。

通常采用的熒光抗體標記細胞表面蛋白結合流式細胞術檢測的方法，雖然能實現細胞分選，但只能夠同時識別6-10種不同顏色的熒光，且還需盡量避免發生熒光重疊。而這項研究通過這個可以稱為大量細胞計數法的方法，觀察了人類骨髓產生的不同形態細胞中及表面的34種物質，不但能正確歸類10多種不同類型的免疫細胞，還能觀察到各類免疫細胞的內部變化，從而預知可能發生的變化。這將有助于更快更廣泛的測量處方藥對人體細胞的反應及功效，提前發現細胞病變，研發出針對個人的治療藥物。

另外在基因表達分析研究中，數字逆轉錄酶PCR（digital reverse-transcriptase，生物通譯）技術，結合微流體設備也幫助實現同時監控上百個單細胞中上百個基因的表達。今年的一項研究證明了這一點：Single-cell dissection of transcriptional heterogeneity in human colon tumors。這項有關腫瘤異質性的研究利用新技術對數百個結腸癌細胞進行了單細胞基因表達分析，由此獲得了人類結腸癌異質性圖譜。

隨著單細胞分析技術越來越多的用于解答生物問題，對于靈敏度和高通量的要求也在不斷增加，尤其是在大分子分析方面——這比DNA和RNA分析的需求更多，而且商業用途的需求也越來越多。