單細(xì)胞測(cè)序已經(jīng)讓我們能以全新的方式理解細(xì)胞的生化過程。然而目前的單細(xì)胞測(cè)序手段需要將細(xì)胞消化并裂解才能夠進(jìn)行，而細(xì)胞狀態(tài)在這一操作中不可避免地會(huì)發(fā)生改變，因此很難掌握細(xì)胞真實(shí)的基因表達(dá)情況。針對(duì)于此，EPFL的Bart DePlanke博士和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Julia Vorholt博士利用多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)- FluidFM從單個(gè)細(xì)胞中獲得數(shù)千個(gè)轉(zhuǎn)錄物的序列，突破性地在不破壞細(xì)胞的情況下推斷基因活性。該篇成果已發(fā)表于國際高水平學(xué)術(shù)期刊Nature上。

      文獻(xiàn)使用FluidFM創(chuàng)建了一種原位活細(xì)胞基因測(cè)序方法Live-Seq，這種方法能夠在不殺死細(xì)胞的情況下完成對(duì)細(xì)胞的測(cè)序工作。通過這種技術(shù)該團(tuán)隊(duì)成功完成單細(xì)胞RNA基因測(cè)序，并通過這種方法檢測(cè)到了細(xì)胞的基因表達(dá)和細(xì)胞周期狀態(tài)變化。

Live-Seq測(cè)序技術(shù)概述

    由于單個(gè)細(xì)胞的RNA總量僅有10 pg。為了實(shí)現(xiàn)無損的單細(xì)胞測(cè)序，科學(xué)家使用FluidFM對(duì)現(xiàn)有的scRNA-Seq單細(xì)胞測(cè)序的方法進(jìn)行了優(yōu)化。為了盡可能地接近Smart-Seq的測(cè)試條件，團(tuán)隊(duì)采用了首先將緩沖液吸入探針，然后再進(jìn)行細(xì)胞提取的操作。這樣可以確保所提取的RNA能夠第一時(shí)間與緩沖液混合，從而避免RNA的降解。通過這一方法，該團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了IBA細(xì)胞的測(cè)序，證明了這種方法的可行性（圖1）。

圖1. Live-Seq技術(shù)

Live-Seq技術(shù)的巨大潛力

    對(duì)于轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，傳統(tǒng)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組方法(scRNA-seq)和復(fù)雜的生物信息學(xué)模型用于重建細(xì)胞的歷史。然而，由于scRNA-seq方法要求細(xì)胞是裂解后，合理的細(xì)胞軌跡是推斷和間接的。Live-seq方法通過使研究人員能夠在不殺死單個(gè)細(xì)胞的情況下獲取單個(gè)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組快照，從而抵消了推斷方法的缺點(diǎn)。

    Live-Seq技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于提取過程中不會(huì)破壞細(xì)胞。通過對(duì)提取前后的測(cè)序?qū)Ρ瓤梢园l(fā)現(xiàn)，提取組與空白組之間的團(tuán)簇沒有顯著性差異。并且通過對(duì)細(xì)胞形態(tài)的觀察中，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的形態(tài)基本沒有改變，并且多數(shù)細(xì)胞仍然能夠正常分裂（圖2）。

圖2. Live-Seq對(duì)細(xì)胞的多次提取，連續(xù)測(cè)序的示意圖和代表圖像；整合Live-Seq和scRNA-Seq的tSNE圖。

    Live-Seq是一種十分具有前景的單細(xì)胞測(cè)序的新方法，得益于FluidFM技術(shù)的無損提取的優(yōu)勢(shì)，Live-Seq技術(shù)除了能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)測(cè)序的功能外，還降低了細(xì)胞的損傷，能夠提供更加原生和真實(shí)的測(cè)序信息。這種特點(diǎn)甚至讓單細(xì)胞的基因表達(dá)動(dòng)力學(xué)研究成為可能。相信隨著這種技術(shù)自動(dòng)化的提高，將為單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)帶來更多可能。

    基于上述優(yōu)勢(shì)和原因，瑞士Cytosurge公司推出全新的商品化Live-Seq解決方案：也就是說只要您遵循Cytosurge公司的操作流程，就可以在實(shí)驗(yàn)室輕松實(shí)現(xiàn)Live-Seq，這使得在具備FluidFM技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室也都在完quan相同細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序后獲得進(jìn)一步的下游分子和表型分析成為可能。但更重要的是，Live-seq可以提供同一細(xì)胞隨時(shí)間變化的多個(gè)時(shí)間轉(zhuǎn)錄組快照。對(duì)于Live-seq全新解決方案，F(xiàn)luidFM OMNIUM系統(tǒng)收集亞細(xì)胞物質(zhì)，而不會(huì)破壞細(xì)胞活力或生理。

    使用Live-seq可以使得研究人員在表型分析之前記錄細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組序列，對(duì)同一單個(gè)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行序列分析，進(jìn)而直接繪制單個(gè)細(xì)胞的歷史軌跡并進(jìn)行評(píng)估。這樣單個(gè)細(xì)胞隨時(shí)間對(duì)刺激的反應(yīng)將單個(gè)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組與其相對(duì)位置聯(lián)系起來。同時(shí)，基于FluidFM OMNIUM系統(tǒng)的Live-Seq解決方案是一種獨(dú)立的，易于使用的自動(dòng)化系統(tǒng)，允許您從活單細(xì)胞中提取和分離亞皮升體積，以進(jìn)行進(jìn)一步分析。另外，它是如此的溫和，細(xì)胞提取后依然保持活力。

    因此，基于FluidFM OMNIUM系統(tǒng)的Live-Seq解決方案可讓您簡(jiǎn)易、便捷地獲取單細(xì)胞遺傳信息，進(jìn)而讀取單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的信息概況，分析細(xì)胞狀態(tài)軌跡或細(xì)胞動(dòng)力學(xué)。Live-Seq的基礎(chǔ)研究雖然目前僅處于起步階段，但仍被一致認(rèn)為具有光明的前景，除此之外，F(xiàn)luidFM技術(shù)的系統(tǒng)能力也開辟了各種其他組學(xué)實(shí)驗(yàn)，如蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)研究等。

多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)-FluidFM OMNIUM

參考文獻(xiàn)

[1] Y. Feng, S. Wang, X. Liu, Y. Han, H. Xu, X. Duan, W. Xie, Z. Tian, Z. Yuan, Z. Wan, L. Xu, S. Qin, K.  He, J. Huang. Geometric constraint-triggered collagen expression mediates bacterial-host adhesion. (2023) Nature Communications.

[2] W. Chen, O. Guillaume-Gentil, P. Yde Rainer, C. G. G?belein, W. Saelens, V. Gardeux, A. Klaeger, R. Dainese, M. Zachara, T. Zambelli, J. A. Vorholt, B. Deplancke. Live-seq enables temporal transcriptomic recording of single cells. (2022) Nature.

[3] Y. Cui, X. Lyu, L. Ding, L. Ke, D. Yang, M. Pirouz, Y. Qi, J. Ong, G. Gao, P. Du & R.I. Gregory. Global miRNA dosage control of embryonic germ layer specification. (2021) Nature.

[4] Y. Guo, F. Mei, Y. Huang, S. Ma, Y. Wei, X. Zhang, M. Xu, Y. He, B.C. Heng, L. Chen & X. Deng. Matrix stiffness modulates tip cell formation through the p-PXN-Rac1-YAP signaling axis. (2021) Bioactive Materials.

[5] O. Guillaume-Gentil, R.V. Grindberg, R. Kooger, L. Dorwling-Carter, V. Martinez, D. Ossola, M. Pilhofer, T. Zambelli & J.A. Vorholt. Tunable Single-Cell Extraction for Molecular Analyses. (2016) Cell.