新型微流控芯片可提高單細胞轉錄組測序效率

近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微納系統與仿生醫學研究中心研究員陳艷和南加州大學教授鐘江帆合作，在針對稀有細胞樣本的單細胞測序技術方面取得新進展。相關研究成果以Improving single-cell tranome sequencing efficiency with a microfluidic phase-switch device 為題在線發表于《分析學家》(Analyst)上，并被選為封面論文重點介紹，助理研究員張寶月為該論文的第一作者。

單細胞測序技術是近年來迅速發展的生命科學前沿技術，它在單細胞水平揭示細胞的基因結構和基因表達狀態，反映細胞間的異質性，為生命科學的研究提供了獨特的視角。近年來，單細胞測序技術在腫瘤、發育生物學、微生物學、神經科學等領域發揮著重要的作用，成為了生命科學極具潛力的熱點研究工具。常規的商品化平臺如10X Genomics、BD Rhapsody等系統主要適用于大規模細胞的分離和建庫，但對于數目極其稀少的一些珍貴樣本，例如循環腫瘤細胞、胚胎干細胞等，其單細胞的高效捕獲和測序前處理仍然存在著很大的挑戰，傳統的技術很難避免稀有樣本的損失，也難以在單細胞層次優化建庫質量，滿足深度測序的需求。

該研究針對稀有細胞樣本的分析，提出了一種新穎的方法來提高單細胞轉錄組測序的效率，研發了集成數十個細胞捕獲-操控單元的微流控芯片。在微流控芯片中，結合流體動力學設計的微篩結構與單細胞操控單元集成在一起，可以實現接近100％的單細胞捕獲率，并最大程度地減少了細胞的損失，因此這種獨特的芯片設計非常適合于細胞數量有限的生物樣品。微流控芯片中引入了一種新型的液體-凝膠相變策略，可以快速地將單細胞封裝為皮升級大小的水凝膠微滴，使其易于操控并保持細胞活性，有助于實現后續的單細胞轉錄組擴增反應。同時，單細胞的轉錄組擴增在皮升級的微小反應體系中進行，可以提高RNA-Seq中的逆轉錄效率。通過這個新穎的微流體平臺，科研人員可以同時捕獲數十個人胚胎干細胞(hESC)，然后通過芯片中的精準微閥操控，獲得數十個皮升體積的單細胞樣本，從而可以方便地構建用于深度單細胞轉錄組測序的高質量文庫。該研究中的單細胞轉錄組測序數據，驗證了該方法能夠提高轉錄組擴增的效率，并獲得高質量的cDNA文庫用于測序分析。測序結果證實了人胚胎干細胞H9群落存在較大的異質性，并具有廣譜的多能性。

該研究構建了一種低成本、穩定可靠的微流控平臺，可以實現高效的單細胞測序前處理，為單細胞測序的臨床應用，特別是針對于稀有樣本例如循環腫瘤細胞、早期發育胚胎細胞的精準分析，提供了一種全新的思路，有助于科學家攻克目前液體活檢研究中的關鍵技術難點。

微流控單細胞測序新技術

該研究工作得到國家自然科學基金、廣東省干細胞與組織工程專項、深圳市學科布局項目、中科院青年創新促進會等的資助。