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2011值得關注的技術:單細胞技術

日期:2012-01-03 08:59:36

Nature Methods》盤點2011年度技術,選出了最受關注的技術成果:人工核酸酶介導的基因組編輯genome editing with engineered nucleases)技術。

 

除了基因組編輯以外,《Nature Methods》也整理出了2011年最值得關注的幾項技術,分別為:單細胞技術(Single-cell methods)、功能基因組資源(Functional genomic resources)、糖蛋白組學(Glycoproteomics)、單倍體因果突變(Causal mutations in a haploid landscape)、單層光生物成像(Imaging life with thin sheets of light)、非模式生物(Nonmodel organisms)、光基礎電生理學(Light-based electrophysiology)和RNA結(jié)構(gòu)(RNA structures )。

 

其中單細胞或者單分子之類的技術幾乎每年都會出現(xiàn)在Nature Methods的這一名單中,比如去年的單分子結(jié)構(gòu)分析技術(Single-molecule structure determination)。所謂單細胞技術很好理解,就是相對于群體細胞研究,針對單個細胞的研究技術,由于培養(yǎng)基或者機體中的細胞存在多樣性,或者說是異質(zhì)性,這為許多實驗分析造成了障礙。可以說,隨著現(xiàn)代生物學的發(fā)展,“平均值”這個詞已經(jīng)不能滿足我們的需要了,我們要了解細胞之間的差異性。

 

然而要進行單細胞分析也困難重重,從技術上說也存在幾個方面的問題。首先無論是針對一個特異性大分子,還是在OMIC水平上進行分子分析,都存在單細胞提取物數(shù)量少,難以分析的困難,這甚至可以說是不可能完成的,因此增加靈敏度勢在必行。

 

除此之外高通量分析也是一個瓶頸,要想獲得單細胞分析確切的分析結(jié)果,研究人員必須快速而準確的分析多個細胞,這并不容易。另外單細胞分析也常常需要進行多種方式分析,這不僅是由于細胞存在于一種異質(zhì)性環(huán)境匯總,而且也在同一時間,也需要測量多個參數(shù)。

 

不過值得慶幸的是,今年在這些方面都不斷有好消息傳出,比如質(zhì)譜流式細胞分析技術,這種技術采用了同位素作為抗體標記,替代熒光探針,從而延伸了流式細胞儀的多元分析能力。這篇題為“Single-Cell Mass Cytometry of Differential Immune and Drug Responses Across a Human Hematopoietic Continuum”的文章由多倫多大學和斯坦福大學完成,他們采用同位素標記抗體,結(jié)合質(zhì)譜分析的方法實現(xiàn)了同時對細胞表面多達一百種標記物的檢測。

 

通常采用的熒光抗體標記細胞表面蛋白結(jié)合流式細胞術檢測的方法,雖然能實現(xiàn)細胞分選,但只能夠同時識別6-10種不同顏色的熒光,且還需盡量避免發(fā)生熒光重疊。而這項研究通過這個可以稱為大量細胞計數(shù)法的方法,觀察了人類骨髓產(chǎn)生的不同形態(tài)細胞中及表面的34種物質(zhì),不但能正確歸類10多種不同類型的免疫細胞,還能觀察到各類免疫細胞的內(nèi)部變化,從而預知可能發(fā)生的變化。這將有助于更快更廣泛的測量處方藥對人體細胞的反應及功效,提前發(fā)現(xiàn)細胞病變,研發(fā)出針對個人的治療藥物。

 

另外在基因表達分析研究中,數(shù)字逆轉(zhuǎn)錄酶PCRdigital reverse-transcriptase,生物通譯)技術,結(jié)合微流體設備也幫助實現(xiàn)同時監(jiān)控上百個單細胞中上百個基因的表達。今年的一項研究證明了這一點:Single-cell dissection of transcriptional heterogeneity in human colon tumors。這項有關腫瘤異質(zhì)性的研究利用新技術對數(shù)百個結(jié)腸癌細胞進行了單細胞基因表達分析,由此獲得了人類結(jié)腸癌異質(zhì)性圖譜。

 

隨著單細胞分析技術越來越多的用于解答生物問題,對于靈敏度和高通量的要求也在不斷增加,尤其是在大分子分析方面——這比DNARNA分析的需求更多,而且商業(yè)用途的需求也越來越多。


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