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單細(xì)胞測序技術(shù):助力精準(zhǔn)醫(yī)療
行業(yè)新聞 2018-07-10

      中美相繼提出精準(zhǔn)醫(yī)療計(jì)劃,引爆了全球的基因測序市場。從產(chǎn)前無創(chuàng)篩查到癌癥基因診斷的個(gè)性化用藥,基因測序技術(shù)的應(yīng)用范圍正逐步拓寬,而單細(xì)胞測序技術(shù)的發(fā)展將開啟診療行業(yè)新時(shí)代。

      2013年,《科學(xué)》雜志(Science)將單細(xì)胞測序列為年度值得關(guān)注的六大領(lǐng)域之一。瑞典卡羅林斯卡研究院(Karolinska Institutet in Sweden)的Rickard Sandberg在談到單細(xì)胞RNA測序時(shí)說道:“大家等這一天已經(jīng)等了好幾十年了。直到今天,由于技術(shù)的進(jìn)步,這些試驗(yàn)才變得足夠簡單,而且成本也能夠讓大家接受,所以才能夠走進(jìn)千千萬萬個(gè)實(shí)驗(yàn)室?!?/span>
 

單細(xì)胞測序技術(shù)


1、什么是單細(xì)胞測序技術(shù)?

      單細(xì)胞測序技術(shù),就是對(duì)單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的DNA或RNA序列進(jìn)行擴(kuò)增、測序和組裝的一種新技術(shù)。但是,一個(gè)細(xì)胞里的DNA或RNA僅僅處在皮克(pg)級(jí)的水平,這么少的量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到過去已有測序儀的低上樣需求。那么如何擴(kuò)增出單個(gè)細(xì)胞中的遺傳信息并盡可能地避免錯(cuò)配和丟失是單細(xì)胞測序技術(shù)要解決的核心問題。2013年《自然》和《科學(xué)》雜志上陸續(xù)報(bào)道了多種多重退火和成環(huán)循環(huán)擴(kuò)增技術(shù)、基于芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的單細(xì)胞測序和基于多重置換擴(kuò)增的單細(xì)胞測序,這些技術(shù)終于使單細(xì)胞測序技術(shù)成為了可能。而2013年Fluidigm公司推出了一款單細(xì)胞RNA測序自動(dòng)化準(zhǔn)備系統(tǒng)(single-cell automated prep system for RNA-seq),降低了科研人員們進(jìn)入單細(xì)胞研究領(lǐng)域的技術(shù)門檻。

2、與傳統(tǒng)測序技術(shù)相比,單細(xì)胞測序技術(shù)的優(yōu)勢所在


      測序技術(shù)的不斷發(fā)展,讓測序成本不斷降低,也讓這項(xiàng)看起來很“高大上”的技術(shù)越來越接近普通老百姓,譬如產(chǎn)前檢查和疾病基因診斷。然而,過去的測序儀對(duì)DNA量要求較多,故須采用成千上萬個(gè)細(xì)胞混在一起進(jìn)行研究,這就會(huì)模糊我們對(duì)大腦、血液系統(tǒng)、免疫系統(tǒng),及其組成這些系統(tǒng)的細(xì)胞之間異質(zhì)性(heterogeneity)的認(rèn)識(shí)。在單細(xì)胞層面,所有的疾病在病理學(xué)上都是不一樣的。單細(xì)胞研究能夠幫助我們更好地認(rèn)識(shí)為什么有些細(xì)胞生病了,而另外一些細(xì)胞卻還是正常的;也能夠告訴我們?yōu)槭裁从行┘?xì)胞對(duì)藥物的敏感性非常高,可是另外一些細(xì)胞對(duì)藥物卻“無動(dòng)于衷”。故單細(xì)胞測序技術(shù)可謂是科技發(fā)展史上的一大創(chuàng)舉。


單細(xì)胞測序技術(shù)


3、單細(xì)胞測序技術(shù)在腫瘤研究中的應(yīng)用

      美國德克薩斯大學(xué)MD Anderson癌癥中心Nicholas Navin說:“單細(xì)胞測序儀技術(shù)是一項(xiàng)非常強(qiáng)大的技術(shù),可以幫助我們發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞里的基因組變異?!贝_實(shí),從疾病預(yù)后判斷到病情監(jiān)測,單細(xì)胞測序技術(shù)都將為腫瘤研究人員提供大量的信息。我們都知道,腫瘤細(xì)胞的突變速率非???,且腫瘤組織是一種高度異質(zhì)性的組織。確定腫瘤組織中存在哪些細(xì)胞亞群(或者叫克?。┚邆滢D(zhuǎn)移能力,哪些克隆對(duì)化療藥物是敏感的,這些信息對(duì)于臨床工作都非常有幫助。尤其針對(duì)隱藏在人體循環(huán)系統(tǒng)里的循環(huán)腫瘤細(xì)胞(circulating tumor cell, CTC)進(jìn)行全基因組或者轉(zhuǎn)錄組測序比較有幫助,因?yàn)檫@些CTC細(xì)胞就是導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移的元兇,有關(guān)它們的信息對(duì)于疾病的診斷、監(jiān)測和治療都至關(guān)重要。

4、單細(xì)胞測序技術(shù)在優(yōu)生優(yōu)育方面的應(yīng)用

      對(duì)于不孕不育癥夫婦而言,孕育一個(gè)孩子是非常困難的事情,而且這也會(huì)讓他們的情感飽受折磨。即便他們懷孕了,如何生育一個(gè)健康的寶寶也是他們關(guān)心的一個(gè)重要問題。對(duì)于那些存在遺傳風(fēng)險(xiǎn),需要借助體外受精技術(shù)(in vitro fertilization,IVF)輔助的父母而言,胚胎植入前遺傳學(xué)診斷(preimplantation genetic diagnosis,PGD)技術(shù)是孕育出健康下一代的保證。然而,目前PGD技術(shù)也只能夠?qū)蚪M中的一個(gè)、或少數(shù)幾個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行篩查和診斷,臨床醫(yī)生們所能獲得的信息相當(dāng)有限。而新出現(xiàn)的單細(xì)胞全基因組測序技術(shù)能夠?qū)ε咛ミM(jìn)行結(jié)構(gòu)異常、甚至是點(diǎn)突變的檢測,分辨率較高,對(duì)體外受精卵分裂產(chǎn)生的極體進(jìn)行基因組測序能夠?yàn)榕R床醫(yī)生們進(jìn)行胚胎植入前的遺傳學(xué)診斷和篩查提供非常有價(jià)值的幫助。這對(duì)于那些攜帶有染色體異常卻又迫切地想要一個(gè)自己的健康孩子的夫妻來說無疑是一大福音。

 

單細(xì)胞測序技術(shù)
 

      盡管單細(xì)胞測序技術(shù)給我們帶來了很多驚喜,我們對(duì)該技術(shù)也寄予了厚望,但是該技術(shù)目前還不是實(shí)驗(yàn)室里一項(xiàng)常規(guī)的檢測技術(shù)。因?yàn)榛A(chǔ)技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析和解讀技術(shù)的不斷進(jìn)步是提高單細(xì)胞測序技術(shù)準(zhǔn)確度的關(guān)鍵,而要在系統(tǒng)層面了解單細(xì)胞的作用,則需要對(duì)大批量的細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞測序研究。即便如此,隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展,這些問題也會(huì)在不久的將來得以解決,而單細(xì)胞測序技術(shù)用于臨床檢測也將備受期待。


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