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单细胞测序技术:助力精准医疗
行业新闻 2018-11-20 14:19
      中美相继提出精准医疗计划,引爆了全球的基因测序市场。从产前无创筛查到癌症基因诊断的个性化用药,基因测序技术的应用范围正逐步拓宽,而单细胞测序技术的发展将开启诊疗行业新时代。


      2013年,《科学》杂志(Science)将单细胞测序列为年度最值得关注的六大领域榜首。瑞典卡罗林斯卡研究院(Karolinska Institutet in Sweden)的Rickard Sandberg在谈到单细胞RNA测序时说道:“大家等这一天已经等了好几十年了。直到今天,由于技术的进步,这些试验才变得足够简单,而且成本也能够让大家接受,所以才能够走进千千万万个实验室。”
 
单细胞测序技术:助力精准医疗

1、什么是单细胞测序技术?

      单细胞测序技术,就是对单个细胞内的DNA或RNA序列进行扩增、测序和组装的一种新技术。但是,一个细胞里的DNA或RNA仅仅处在皮克(pg)级的水平,这么少的量是远远达不到过去已有测序仪的最低上样需求。那么如何扩增出单个细胞中的遗传信息并尽可能地避免错配和丢失是单细胞测序技术要解决的核心问题。2013年《自然》和《科学》杂志上陆续报道了多种多重退火和成环循环扩增技术、基于芯片实验室技术的单细胞测序和基于多重置换扩增的单细胞测序,这些技术终于使单细胞测序技术成为了可能。而2013年Fluidigm公司推出了世界上第一款单细胞RNA测序自动化准备系统(single-cell automated prep system for RNA-seq),极大地降低了科研人员们进入单细胞研究领域的技术门槛。

2、与传统测序技术相比,单细胞测序技术的优势所在


      测序技术的不断发展,让测序成本不断降低,也让这项看起来很“高大上”的技术越来越接近普通老百姓,譬如产前检查和疾病基因诊断。然而,过去的测序仪对DNA量要求较多,故必须采用成千上万个细胞混在一起进行研究,这就会模糊我们对大脑、血液系统、免疫系统,及其组成这些系统的细胞之间异质性(heterogeneity)的认识。在单细胞层面,所有的疾病在病理学上都是不一样的。单细胞研究能够帮助我们更好地认识为什么有些细胞生病了,而另外一些细胞却还是正常的;也能够告诉我们为什么有些细胞对药物的敏感性非常高,可是另外一些细胞对药物却“无动于衷”。故单细胞测序技术可谓是科技发展史上的一大创举。
 
单细胞测序技术:助力精准医疗

3、单细胞测序技术在肿瘤研究中的应用

      美国德克萨斯大学MD Anderson癌症中心Nicholas Navin说:“单细胞测序仪技术是一项非常强大的技术,可以帮助我们发现肿瘤细胞里的基因组变异。”确实,从疾病预后判断到病情监测,单细胞测序技术都将为肿瘤研究人员提供大量的信息。我们都知道,肿瘤细胞的突变速率非常快,且肿瘤组织是一种高度异质性的组织。确定肿瘤组织中存在哪些细胞亚群(或者叫克隆)具备转移能力,哪些克隆对化疗药物是敏感的,这些信息对于临床工作都非常有帮助。尤其针对隐藏在人体循环系统里的循环肿瘤细胞(circulating tumor cell, CTC)进行全基因组或者转录组测序最有帮助,因为这些CTC细胞就是导致肿瘤转移的元凶,有关它们的信息对于疾病的诊断、监测和治疗都至关重要。

4、单细胞测序技术在优生优育方面的应用

      对于不孕不育症夫妇而言,孕育一个孩子是非常困难的事情,而且这也会让他们的情感饱受折磨。即便他们怀孕了,如何生育一个健康的宝宝也是他们关心的一个重要问题。对于那些存在遗传风险,需要借助体外受精技术(in vitro fertilization,IVF)辅助的父母而言,胚胎植入前遗传学诊断(preimplantation genetic diagnosis,PGD)技术是孕育出健康下一代的保证。然而,目前PGD技术也只能够对基因组中的一个、或少数几个位点进行筛查和诊断,临床医生们所能获得的信息相当有限。而新出现的单细胞全基因组测序技术能够对胚胎进行结构异常、甚至是点突变的检测,分辨率极高,对体外受精卵分裂产生的极体进行基因组测序能够为临床医生们进行胚胎植入前的遗传学诊断和筛查提供非常有价值的帮助。这对于那些携带有染色体异常却又迫切地想要一个自己的健康孩子的夫妻来说无疑是一大福音。

 
单细胞测序技术:助力精准医疗
 
      尽管单细胞测序技术给我们带来了很多惊喜,我们对该技术也寄予了厚望,但是该技术目前还不是实验室里一项常规的检测技术。因为基础技术以及数据分析和解读技术的不断进步是提高单细胞测序技术精确度的关键,而要在系统层面了解单细胞的作用,则必须要对大批量的细胞进行单细胞测序研究。即便如此,随着生物技术的快速发展,这些问题也会在不久的将来得以解决,而单细胞测序技术用于临床检测也将备受期待。