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單細胞分析為干細胞和癌癥研究帶來希望

日期:2014-08-11 08:48:45

 

單細胞基因表達的大規模分析,有可能發現罕見的細胞群和血統關系,但是需要有效的方法進行細胞捕獲mRNA測序。盡管細胞條形碼策略允許超低深度的單細胞平行測序,但是測序深度較淺的限制還沒有得到直接的研究。

 

目前,加州大學舊金山分校(UCSF)的研究人員,利用最新技術分析單個細胞中的基因活性,確定了發育大腦中細胞的獨特特性,并表明,大規模細胞分析的完成,可能比以前認為的更加有效和便宜。

 

UCSF Eli and Edythe Broad 再生醫學和干細胞研究中心主任Arnold Kriegstein博士指出:“我們利用一種新策略,單獨地分析數百個細胞,確定不同細胞類型的全新分子特征。我們希望用這種方法,來幫助我們更好地了解,大腦胚區中干細胞分裂產生的細胞如何引起了人類大腦皮層的復雜性。”

 

研究小組使用的技術,主要集中在一個“微流體”設備,在這個設備中單個細胞被捕獲并流入納米級的小室中,那里它們有效而精確地進行DNA測序所必需的化學反應。研究表明,確定和拼出獨特序列,并成功地確定細胞類型所需要的閱讀步驟數量,比原先估計的少100倍。這項技術,是由Fluidigm公司開發,可同時用于96個細胞的單獨過程。

 

Alex Pollen博士稱:“單細胞的常規捕獲及其分子特征的精確采集,現在已經成為可能。”他和Kriegstein實驗室博士后Tomasz Nowakowski一起,進行了關鍵的實驗,在實驗中,他們分析了來自大腦發育過程中301個細胞的基因活化。相關研究結果發表在201483日的《自然生物技術》(Nature Biotechnology)雜志。

 

Kriegstein稱,識別不同細胞類型的數百個新型生物標志物,將提高科學家們對于出現特化神經元亞型的理解。最終,這種集中于單細胞基因活性的新方法,與其他單細胞技術(包括顯微成像)相結合,可能會揭示腦部發育障礙的起源。

 

Kriegstein指出,這個過程可以揭示一些腦部疾病,包括平腦癥,這種疾病患者大腦皮層中的褶皺無法發育,而且疾病在發育后期才被診斷,如自閉癥和精神分裂癥。

 

根據這篇論文的作者介紹,這種分析單細胞中分子的策略,不僅有利于研究特化細胞如何出現在發育有機體的特定時間和地點,也有利于監測干細胞(設計用于組織置換)的細胞特性,以及調查腫瘤內細胞多樣性以確定癌細胞存活和傳播的原因。

 

任何未經處理的生物樣品,無論多么純,其中都含有各種各樣代表不同組織類型的細胞。研究人員已經測定了這些樣品中的結合遺傳物質。為了研究哪些基因是活躍的,哪些是休眠的,他們使用測序步驟的無理性重復,來捕捉足夠數量的信使RNA序列,這些序列轉錄自交換基因。然而,很難從混合組織樣品中推斷,哪些基因是由特定的細胞類型表達的。

 

PollenNowakowski表明,通過單細胞分析區別不同的細胞類型,需要的步驟、時間和金錢,比以前認為的更少。

 

Pollen說:“我們正在研究大腦中不同、但相關的細胞類型的一個生態系統。我們正在將這個群落分成不同的細胞群體,旨在了解它們的功能部件和組件,這樣我們就能精確地預測它們將如何發育。”

 

本文共同作者、Fluidigm 公司資深科學家Joe Shuga博士稱,該公司開發的用以捕獲和為信使RNA測序準備細胞的系統,可以產生更準確的序列讀數。

 


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