跨平臺多物種單細(xì)胞解決方案MobiNova在高通量單細(xì)胞研究中的應(yīng)用

MobiNova^® 跨平臺、多物種單細(xì)胞多組學(xué)解決方案是一套先進(jìn)的技術(shù)平臺，專為高通量單細(xì)胞研究而設(shè)計。該解決方案能夠在多物種之間靈活應(yīng)用，并支持多組學(xué)層面的分析，結(jié)合了表觀遺傳學(xué)、三維基因組學(xué)等前沿基因組技術(shù)，可以同時進(jìn)行多組學(xué)數(shù)據(jù)的采集和分析。其核心技術(shù)采用液滴式微流控芯片，通過將單細(xì)胞懸浮液、反轉(zhuǎn)錄試劑和特制微球結(jié)合在一起，在油包水的液滴中進(jìn)行細(xì)胞裂解，從而實現(xiàn)單細(xì)胞水平的高效分離和測序。MobiNova^®平臺能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模單細(xì)胞數(shù)據(jù)的高通量處理，顯著提高實驗效率和數(shù)據(jù)重復(fù)性，對需要分析大量細(xì)胞的科研項目尤為有利。此外，該平臺能夠在多個測序平臺上操作，包括第三代納米孔測序技術(shù)，提供更長的讀長和更全面的基因組覆蓋。MobiNova^®平臺適用于哺乳動物組織、微生物和植物基因組的研究，顯示出其廣泛的應(yīng)用前景。利用機(jī)械破碎和酶消化相結(jié)合的方法，MobiNova^®能夠在短時間內(nèi)獲得高活性、高得率的單細(xì)胞懸液，確保實驗結(jié)果的可靠性和重復(fù)性。

MobiNova^®  主要特點
1. 高通量能力
MobiNova^® 系統(tǒng)一次可以處理數(shù)十萬個單細(xì)胞，具有極高的細(xì)胞捕獲率和數(shù)據(jù)質(zhì)量，每次運行僅需十分鐘。

2. 多組學(xué)解決方案
平臺支持多種組學(xué)分析，包括單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、免疫組、ChIP-seq和蛋白質(zhì)組學(xué)等，能夠滿足不同研究需求。

3. 技術(shù)創(chuàng)新
MobiNova^® 采用液滴微流控技術(shù)，通過將單細(xì)胞懸浮液、反轉(zhuǎn)錄試劑和特制微球結(jié)合在一起，并在油包水的液滴中進(jìn)行細(xì)胞裂解，實現(xiàn)高效的單細(xì)胞分離和測序。

4. 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛
MobiNova^® 平臺適用于哺乳動物、微生物和植物基因組研究，顯示出廣泛的應(yīng)用前景。

5. 全流程解決方案
該系統(tǒng)包括高通量單細(xì)胞測序平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的單細(xì)胞測序和數(shù)據(jù)分析，能夠檢測每個細(xì)胞多達(dá)5000個基因。

單細(xì)胞技術(shù)  重要應(yīng)用方向

1. 單細(xì)胞測序在腫瘤學(xué)和免疫學(xué)中的應(yīng)用

    （1）癌癥研究

• 異質(zhì)性: 單細(xì)胞測序（scRNA-seq）揭示了癌細(xì)胞的異質(zhì)性，這是幾乎所有人類癌癥的關(guān)鍵特征，復(fù)雜化了治療和康復(fù)過程。它有助于理解腫瘤細(xì)胞內(nèi)的基因和表觀遺傳變化。
• 腫瘤微環(huán)境: scRNA-seq在各種癌癥（如高級別漿液性輸卵管卵巢癌 (HGSTOC) 和乳腺癌）中識別新的治療靶點和細(xì)胞表型，有助于了解腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。
• 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò): scRNA-seq有助于構(gòu)建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（GRNs），探索腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性和癌癥發(fā)展中的關(guān)鍵基因，如黑色素瘤研究所示。

   （2）免疫微環(huán)境

• 免疫細(xì)胞浸潤: scRNA-seq揭示了不同免疫細(xì)胞（T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞）在腫瘤微環(huán)境（TME）中的作用，這對于理解癌癥進(jìn)展、轉(zhuǎn)移和對免疫治療的抵抗至關(guān)重要。
• 免疫調(diào)節(jié)因子: 識別TME中的關(guān)鍵免疫調(diào)節(jié)因子，增強(qiáng)對免疫細(xì)胞動態(tài)、代謝和異質(zhì)性的理解，從而改進(jìn)癌癥免疫療法。
• 巨噬細(xì)胞可塑性: 區(qū)分TME中的M1（抗腫瘤）和M2（促腫瘤）巨噬細(xì)胞，有助于制定針對性的免疫治療策略。

2. 單細(xì)胞測序在輔助生殖中的應(yīng)用

   （1）提高 IVF 成功率

• 胚胎篩查 (PGS): 單細(xì)胞測序有助于在胚胎植入前篩查遺傳突變，提高IVF成功率。
• 異質(zhì)性分析: 傳統(tǒng)ART過程中，每一步（超排卵、受精、胚胎發(fā)育等）都需要細(xì)致檢查，單細(xì)胞測序技術(shù)可以揭示生殖組織和胚胎的異質(zhì)性，從而優(yōu)化每一步的處理。
• 人類細(xì)胞景觀 (HCA)和繪制人體器官和組織的單細(xì)胞圖譜（Tabula Sapiens）: 這些項目提供了生殖器官（如睪丸、卵巢和子宮）的多組學(xué)數(shù)據(jù)，助力ART研究。
• 子宮內(nèi)膜轉(zhuǎn)錄組:通過單細(xì)胞測序識別主要的子宮內(nèi)膜細(xì)胞類型，揭示了子宮內(nèi)膜植入窗口的基因活性變化。

3. 單細(xì)胞測序在胚胎發(fā)育中的應(yīng)用

   （1）細(xì)胞譜系和發(fā)育軌跡重建

• 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)深化了對哺乳動物細(xì)胞譜系動態(tài)過程的理解，通過連接不同時期的細(xì)胞狀態(tài)，可以重建發(fā)育過程中的細(xì)胞譜系軌跡。
• 利用非洲爪蟾作為模式生物，通過時間信息和細(xì)胞聚類，研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)胚層、中胚層和外胚層的細(xì)胞命運在囊胚階段后即開始分化。

   （2）軌跡推斷工具

• 為發(fā)育生物學(xué)等領(lǐng)域提供了動態(tài)變化的無偏見和轉(zhuǎn)錄組范圍的視角。

   （3）空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的必要性

• 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組在細(xì)胞分離過程中不可避免地丟失空間信息，而空間信息是細(xì)胞身份的關(guān)鍵決定因素。
• 空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)可以解析胚胎發(fā)育過程中細(xì)胞譜系分離的空間組織和分子結(jié)構(gòu)。結(jié)合空間和單細(xì)胞多組學(xué)，將解決基本問題，并為許多發(fā)育和疾病研究提供新見解。

4. 單細(xì)胞測序在植物育種中的應(yīng)用

    （1）異質(zhì)性研究

• 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)揭示了植物不同細(xì)胞類型的異質(zhì)性，發(fā)現(xiàn)了如根靜止中心細(xì)胞、側(cè)根原基細(xì)胞、保衛(wèi)細(xì)胞及韌皮部薄壁細(xì)胞等稀有細(xì)胞的新功能。

    （2）環(huán)境響應(yīng)

• 通過比較不同環(huán)境壓力下的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，研究發(fā)現(xiàn)不同細(xì)胞群對環(huán)境壓力的獨特響應(yīng)。這有助于理解植物如何在不同環(huán)境條件下調(diào)整其生理和生長模式。

   （3）發(fā)育軌跡重建

• 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)可以重建植物細(xì)胞的發(fā)育軌跡，揭示如根毛分化、皮層細(xì)胞發(fā)育及側(cè)器官起始等過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)錄變化和調(diào)控因子。

   （4）空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)

• 空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)結(jié)合單細(xì)胞多組學(xué)，揭示了具有位置信息的基因表達(dá)模式。例如，研究揭示了擬南芥葉片上表皮和下表皮細(xì)胞間的顯著轉(zhuǎn)錄差異，為理解細(xì)胞位置與功能之間的關(guān)系提供了新方法。

   （5）新型調(diào)控因子的發(fā)現(xiàn)

• 單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)幫助識別了植物發(fā)育過程中新的調(diào)控因子。這些因子在細(xì)胞分化和發(fā)育過程中起關(guān)鍵作用，對于植物育種具有重要意義。

  （6）復(fù)雜細(xì)胞結(jié)構(gòu)解析

• 單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)應(yīng)用于分析植物復(fù)雜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和動態(tài)發(fā)育過程，有助于理解植物組織和器官的形成機(jī)制。

  （7）基因表達(dá)模式研究

• 通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析，研究了不同發(fā)育階段和條件下的基因表達(dá)模式，揭示了許多細(xì)胞類型特異性的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

 單細(xì)胞  技術(shù)的前景
1. 單細(xì)胞空間組學(xué)

    （1）胚胎發(fā)育、神經(jīng)科學(xué)和腫瘤異質(zhì)性研究

• 空間解析的單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)是對細(xì)胞在其原生環(huán)境中的分布或組織方式的研究，這對理解胚胎發(fā)育、神經(jīng)科學(xué)和腫瘤異質(zhì)性等基本機(jī)制至關(guān)重要。

    （2）空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（ST）技術(shù)的進(jìn)展

• 目前的ST技術(shù)主要分為基于成像和基于測序的兩類，各有其優(yōu)勢，如空間分辨率和通量�；�于圖像的方法源自FISH技術(shù)，它可以用來在細(xì)胞中對選定的RNA轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行成像。但是，F(xiàn)ISH技術(shù)能同時觀察的基因數(shù)量受到獨特?zé)晒馍�彩�?shù)量的限制，這對轉(zhuǎn)錄組范圍的特性化構(gòu)成了主要挑戰(zhàn)。

   （3）測序的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)

• 測序的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的一般原理是通過在玻璃滑片表面的指定位置預(yù)加載條形碼探針，捕獲和定量RNA轉(zhuǎn)錄本。然后將組織切片放在條形碼探針上方，細(xì)胞中的RNA隨后被釋放并與探針原位雜交。直接在這些玻璃滑片上進(jìn)行測序。RNA物種和條形碼可以從測序讀取中讀出，空間位置可以用條形碼解碼。

   （4）空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)的發(fā)展方向

• 空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)正在朝多個方向發(fā)展，以解答廣泛的生物問題。例如，將額外的模式（如基因組學(xué)、表觀基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)）融入當(dāng)前以轉(zhuǎn)錄組學(xué)為中心的空間技術(shù)中；考慮3D空間演化的動態(tài)性。時間序列的3D空間單細(xì)胞多組學(xué)數(shù)據(jù)將產(chǎn)生更多關(guān)于基因調(diào)控、發(fā)展軌跡和腫瘤進(jìn)展的洞察。

2. 單細(xì)胞多組學(xué)

   （1）細(xì)胞多組學(xué)的進(jìn)步

• 隨著單細(xì)胞RNA測序技術(shù)的發(fā)展，分子機(jī)制研究發(fā)生了深刻的變化。蛋白質(zhì)組學(xué)在蛋白質(zhì)測序技術(shù)（如單分子質(zhì)譜、蛋白質(zhì)測序的DNA納米技術(shù)和線性化蛋白質(zhì)的指紋識別）方面也期待類似的進(jìn)步，這將允許在單細(xì)胞水平上進(jìn)行蛋白質(zhì)分析，即使是低豐度的蛋白質(zhì)。

    （2）單細(xì)胞多組學(xué)的應(yīng)用

• 從技術(shù)角度看，單細(xì)胞多組學(xué)已被應(yīng)用于肝臟巨噬細(xì)胞的細(xì)胞生態(tài)位的研究，揭示了與脂質(zhì)相關(guān)巨噬細(xì)胞（LAMs）有關(guān)的細(xì)胞-細(xì)胞微環(huán)境回路。另一方面，單細(xì)胞多組學(xué)也在人類大腸癌的復(fù)雜多層次功能障礙、COVID-19患者的免疫反應(yīng)以及人類卵母細(xì)胞的動態(tài)表觀遺傳景觀等方面得到了應(yīng)用。

    （3）單細(xì)胞多組學(xué)的前景

• 越來越多的研究人員將把單細(xì)胞技術(shù)應(yīng)用到他們的研究中。這將是單細(xì)胞的時代，在這個時代中，將會發(fā)現(xiàn)新的細(xì)胞類型和新的分子機(jī)制，就像在達(dá)爾文的時代中發(fā)現(xiàn)了新的物種和他們的進(jìn)化路徑。