單細胞分析為干細胞和癌癥研究帶來希望
日期：2014-08-11 08:48:45
單細胞基因表達的大規(guī)模分析，有可能發(fā)現(xiàn)罕見的細胞群和血統(tǒng)關(guān)系，但是需要有效的方法進行細胞捕獲和mRNA測序。盡管細胞條形碼策略允許超低深度的單細胞平行測序，但是測序深度較淺的限制還沒有得到直接的研究。
目前，加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）的研究人員，利用最新技術(shù)分析單個細胞中的基因活性，確定了發(fā)育大腦中細胞的獨特特性，并表明，大規(guī)模細胞分析的完成，可能比以前認為的更加有效和便宜。
UCSF Eli and Edythe Broad 再生醫(yī)學(xué)和干細胞研究中心主任Arnold Kriegstein博士指出：“我們利用一種新策略，單獨地分析數(shù)百個細胞，確定不同細胞類型的全新分子特征。我們希望用這種方法，來幫助我們更好地了解，大腦胚區(qū)中干細胞分裂產(chǎn)生的細胞如何引起了人類大腦皮層的復(fù)雜性。”
研究小組使用的技術(shù)，主要集中在一個“微流體”設(shè)備，在這個設(shè)備中單個細胞被捕獲并流入納米級的小室中，那里它們有效而精確地進行DNA測序所必需的化學(xué)反應(yīng)。研究表明，確定和拼出獨特序列，并成功地確定細胞類型所需要的閱讀步驟數(shù)量，比原先估計的少100倍。這項技術(shù)，是由Fluidigm公司開發(fā)，可同時用于96個細胞的單獨過程。
Alex Pollen博士稱：“單細胞的常規(guī)捕獲及其分子特征的精確采集，現(xiàn)在已經(jīng)成為可能。”他和Kriegstein實驗室博士后Tomasz Nowakowski一起，進行了關(guān)鍵的實驗，在實驗中，他們分析了來自大腦發(fā)育過程中301個細胞的基因活化。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2014年8月3日的《自然生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）雜志。
Kriegstein稱，識別不同細胞類型的數(shù)百個新型生物標志物，將提高科學(xué)家們對于出現(xiàn)特化神經(jīng)元亞型的理解。最終，這種集中于單細胞基因活性的新方法，與其他單細胞技術(shù)（包括顯微成像）相結(jié)合，可能會揭示腦部發(fā)育障礙的起源。
Kriegstein指出，這個過程可以揭示一些腦部疾病，包括平腦癥，這種疾病患者大腦皮層中的褶皺無法發(fā)育，而且疾病在發(fā)育后期才被診斷，如自閉癥和精神分裂癥。
根據(jù)這篇論文的作者介紹，這種分析單細胞中分子的策略，不僅有利于研究特化細胞如何出現(xiàn)在發(fā)育有機體的特定時間和地點，也有利于監(jiān)測干細胞（設(shè)計用于組織置換）的細胞特性，以及調(diào)查腫瘤內(nèi)細胞多樣性以確定癌細胞存活和傳播的原因。
任何未經(jīng)處理的生物樣品，無論多么純，其中都含有各種各樣代表不同組織類型的細胞。研究人員已經(jīng)測定了這些樣品中的結(jié)合遺傳物質(zhì)。為了研究哪些基因是活躍的，哪些是休眠的，他們使用測序步驟的無理性重復(fù)，來捕捉足夠數(shù)量的信使RNA序列，這些序列轉(zhuǎn)錄自交換基因。然而，很難從混合組織樣品中推斷，哪些基因是由特定的細胞類型表達的。
Pollen和Nowakowski表明，通過單細胞分析區(qū)別不同的細胞類型，需要的步驟、時間和金錢，比以前認為的更少。
Pollen說：“我們正在研究大腦中不同、但相關(guān)的細胞類型的一個生態(tài)系統(tǒng)。我們正在將這個群落分成不同的細胞群體，旨在了解它們的功能部件和組件，這樣我們就能精確地預(yù)測它們將如何發(fā)育。”
本文共同作者、Fluidigm 公司資深科學(xué)家Joe Shuga博士稱，該公司開發(fā)的用以捕獲和為信使RNA測序準備細胞的系統(tǒng)，可以產(chǎn)生更準確的序列讀數(shù)。
