據(jù)麥姆斯咨詢報道，廈門大學(xué)楊朝勇教授課題組在高通量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序新器件新方法研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究以“Highly parallel and efficient single cell mRNA sequencing with paired picoliter chambers”為題發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications）。

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)在單個細(xì)胞水平上對轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行高通量測序分析，從而揭示單個細(xì)胞內(nèi)所有基因的表達(dá)情況，揭示細(xì)胞間的異質(zhì)性，在發(fā)育生物學(xué)、免疫學(xué)、微生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序的挑戰(zhàn)在于如何高效地操控單個細(xì)胞，如何對大量的低拷貝數(shù)mRNA進(jìn)行無偏倚擴增，如何避免背景游離mRNA的污染，以及如何同時對大量的單細(xì)胞進(jìn)行并行測序以降低成本。

Paired-seq原理圖

針對上述挑戰(zhàn)，楊朝勇教授課題組開發(fā)了一種全新的高通量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序新方法(Paired-seq)。Paired-seq通過將高效單細(xì)胞捕獲操控微流控芯片與DNA編碼微珠技術(shù)相結(jié)合，一次測序即可完成對成百上千個單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的同時分析，解決了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序存在的關(guān)鍵難點。

首先，該工作設(shè)計了一種基于差異流阻原理及微閥微泵控制的高效單細(xì)胞/單微珠捕獲與操控的微流控芯片，可實現(xiàn)對痕量細(xì)胞樣本的高效率單細(xì)胞捕獲。

其次，Paired-seq利用DNA編碼技術(shù)，使每個細(xì)胞內(nèi)的基因帶上獨一無二的細(xì)胞標(biāo)簽和分子標(biāo)簽，實現(xiàn)對大量單細(xì)胞同時操控測序，通過標(biāo)簽信息對不同細(xì)胞來源的信息進(jìn)行區(qū)分，保證每個細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組信息的獨立性，同時通過分子標(biāo)簽對mRNA分子表達(dá)量進(jìn)行數(shù)字化統(tǒng)計，從而消除了序列差異導(dǎo)致的擴增偏差。

此外，該芯片集成了微閥微泵結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)微量反應(yīng)體系的主動快速混合、交換以及對單細(xì)胞的清洗，提高了細(xì)胞的裂解效率并有效地清除了溶液中背景游離RNA，大大降低了游離RNA的污染。

最后，皮升級單細(xì)胞反應(yīng)腔體極大地提升了RNA分子的局部濃度，從而實現(xiàn)痕量RNA分子的高效捕獲與反轉(zhuǎn)錄擴增，提高了基因檢測靈敏度。與其它單細(xì)胞測序平臺相比，在相同的測序深度下，Paired-seq可以檢測到更多的基因，極大地降低了測序成本。

基于以上系列創(chuàng)新的設(shè)計，Paired-seq具有細(xì)胞利用率高、靈敏度高和測序成本低的優(yōu)勢，為單細(xì)胞的異質(zhì)性研究提供了有力的分析工具。

該工作由廈門大學(xué)、上海交通大學(xué)、美國斯坦福大學(xué)等多團(tuán)隊聯(lián)合攻關(guān)完成?；瘜W(xué)生物學(xué)系博士研究生張明霞、鄒遠(yuǎn)和2011協(xié)同創(chuàng)新中心博士研究生許醒為論文的共同第一作者。該研究工作得到國家重大科研儀器研制項目、國家基金委重點項目、創(chuàng)新研究群體項目等支持。