BD 单细胞测序：精准洞察细胞异质性的关键技术

2016年初，单细胞测序技术受到了前所未有的高度关注，多家生物技术公司纷纷进军这一前沿领域。单细胞测序之所以备受瞩目，与近年来该领域取得的重大科研突破紧密相连。

早在2011年，《Nature Methods》就将单细胞测序列为年度值得关注的技术之一。2013年，《Science》更是将其置于年度最值得关注的六大科研领域之首。

与此同步，与单细胞测序相关的研究不断涌现于各大顶级期刊，科学家们在单细胞分析层面屡获新的关键进展。

北京大学完成单个卵细胞的高精度全基因组测序

2013年，《Cell》杂志发布了北京大学乔杰、汤富酬和谢晓亮等人关于单个卵细胞高精度全基因组测序的研究成果。

人类遗传信息承载于每个细胞的DNA之中，DNA由四种不同核苷酸构成的长链，核苷酸的排列组合形成基因。全基因组测定在基础研究与临床领域都至关重要。然而，因单个细胞仅含两个基因拷贝，单细胞全基因测序面临极大挑战。

北大团队创新性地借助卵细胞成熟及受精过程中的独特结构--极体，通过对其全基因组测序，推断受精卵中母源基因组状态，进而筛选正常胚胎移植。该技术在辅助生殖领域意义非凡，成功实现了单个卵细胞全基因组测序，攻克了体外受精技术（IVF）的关键难题。

单细胞水平追踪造血干细胞形成

2016年，《Nature》杂志刊登了中国军事医学科学院附属医院（解放军307医院）刘兵课题组的重要研究。该团队成功筛选出pre-HSC的特异性表面标志物，利用单细胞诱导体系，首次精准捕获pre-HSC单细胞。

HSC移植是治疗血液系统恶性疾病的高效手段，但因配型要求高、供体不足而受限。科学家试图体外培养增殖HSC却未果，主要因对HSC发育调控机制认知甚少。HSC由血管内皮细胞发育而来，经pre-HSC中间阶段。pre-HSC在胚胎细胞中占比极低且缺乏特异性标志物，分离困难。该研究为揭示HSC体内形成各阶段调控机制、实现体外模拟HSC发育提供了可能。

单细胞测序助力小肠立体百科全书问世

2017年，《Nature》杂志发表了博德研究所团队绘制的首个小肠细胞图谱。该研究由国际人类细胞图谱计划组委会联合主席、MIT生物学教授Aviv Regev博士和马萨诸塞州综合医院消化科主任、临床胃肠病学家Ramnik Xavier博士领衔。

基于单细胞RNA测序（scRNA-seq），研究测定了53193个小鼠肠道和类肠器官细胞的表达图谱，绘制出首个立体小肠百科全书。该图谱全面确定了小肠细胞的基因表达特征，颠覆了传统肠内分泌认知，重新定义了其分类，发现两种新簇细胞（Tuft Cell）亚型与免疫及神经发育相关，还构建了小肠细胞感染模型，为肠道疾病研究提供了关键理论支撑。

单细胞水平绘制肝癌微环境免疫图谱

同在2017年，《Cell》杂志发布了北京大学生命科学学院BIOPIC中心、北京未来基因诊断高精尖创新中心、北大 - 清华生命科学联合中心张泽民研究组，首都医科大学附属北京世纪坛医院彭吉润研究组及美国AMGEN公司欧阳文军研究组的合作成果--首次在单细胞水平描绘肝癌微环境免疫图谱。

这是国际上首次大规模开展肿瘤相关T细胞的单细胞组学研究，为深入理解肝癌相关T细胞特性提供了宝贵数据。研究有望推动肝癌免疫治疗方案的临床应用，助力发现有效靶点，加速新型肝癌免疫疗法研发，同时为其他肿瘤的免疫图谱绘制树立了典范。

单细胞测序解析乳腺癌肿瘤侵袭模式

2018年初，《Cell》杂志发表了德州大学MD安德森癌症中心的新型单细胞测序技术成果。该技术在测序单细胞基因组的同时保留其空间信息。研究团队对10名患有导管原位癌（DCIS）和浸润性导管癌（IDC）的乳腺癌患者的1293个细胞进行了测序，揭示了从DCIS到IDC的基因组演变路径。研究表明，DCIS细胞在导管内已积累大量基因突变和拷贝数变异，进化出多个侵袭性肿瘤克隆，最终部分克隆转移至周围组织形成IDC。

BD Rhapsody™单细胞分析系统应运而生。凭借BD在细胞生物学领域40年的专业积累，该系统突破传统检测局限，可同时对数千个单细胞的数百个基因表达进行数字定量，每个细胞独立提取数据，凸显细胞异质性，高效鉴定和表征新型及罕见细胞类型，有力推动免疫学、肿瘤学等多领域生物学进程的理解。

BD 研发的 Rhapsody™ 单细胞分析系统革新了传统检测，比如能避免微阵列和大量细胞 RNAseq 的缺陷，传统检测依赖多个细胞平均检测，难以洞察细胞间细微差异。BD Rhapsody™ 在单细胞分析系统中脱颖而出，优势如下：

01

灵敏度卓越 靶向分析提升单细胞测序效率，其检测试剂盒（panel）稳定重现细胞异质性数据，适用于多种应用的细胞探索。相较于全转录组扩增的 mRNA 分析，对罕见转录本检测阈值更低。

02

消除 PCR 偏差 - 分子标签技术 PCR 扩增偏差会导致基因定量不精准。Rhapsody™ 系统采用 "分子标签" 技术，能为单细胞中的每个转录本标记特异性分子标签，实现单细胞水平基因表达谱绝对定量。同时，每个细胞也被标记特异性细胞标签，助力高通量平行建库。借此，实验者可克服扩增偏差，精准计算转录水平。

03

单细胞成像系统 对单细胞分离过程进行全流程质控，监控细胞存活率与分离效率，极大地保证了实验的成功率 。该功能主要依靠 BD Rhapsody™ 系统中的 BD Rhapsody™ 扫描仪组件。该扫描仪可提供自动化细胞计数和细胞样本活性测试，帮助用户精准制备适用于卡式芯片单细胞捕获的最佳浓度样本。

04

特异性出色 系统通过独特的数据分析流程，能有效去除 PCR 错误扩增产物，降低细胞非特异性表达水平，确保检测结果的准确性。

05

分辨率极高 能够精准分辨更细分、更微观的细胞群和细胞亚群，为深入研究细胞异质性提供了强大的技术支撑。

06

成本效益显著 结合特有的单细胞分离技术，单次实验可制备 100 - 10000 个单细胞文库。用户可按需定制引物，将检测范围聚焦于目标基因，从而大幅降低后续测序成本。

随着单细胞研究的重要性日益凸显，单细胞测序技术应运而生，且恰逢其时。目前，该技术已广泛应用于微生物学、神经学、人体发育、免疫、癌症、辅助生殖等多个领域。其中，在癌症与辅助生殖领域，单细胞测序技术已从研究走向临床应用。在癌症诊断与治疗方面，利用单细胞测序分析癌组织遗传物质的变化，能够更精准地确定癌症发生原因，为治疗提供更具针对性的靶点信息。同时，通过分析血液中罕见的循环肿瘤细胞（CTC）的遗传信息变化，可以有效监测肿瘤的动态变化，为临床决策提供重要依据。