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单细胞转录组测序(Single Cell RNA Sequencing)是在单细胞水平对mRNA进行全转录组扩增及高通量测序的一种高端技术。它研究单个细胞内的整体基因表达情况,以及基因的结构变异,主要用于细胞分子机制中细胞异质性研究,以及样本量少而无法进行常规高通量测序等情境。与传统的转录组测序(RNA-Seq)技术相比,单细胞转录组测序技术具有更高的通量和精准度,能够一次性分离数百至数万个细胞,将分离细胞中的微量mRNA高效扩增后测序。这种技术能够精确检测到细胞间的转录差异,从而解决细胞群间转录组异质性的难题。单细胞转录组测序的核心在于能够成功区分样品中的不同单细胞转录本。
目前国内外主要的单细胞测序平台有:
1、10x Genomics Chromium平台:该平台通过微流控芯片技术获得单细胞反应体系,并在传统文库构建的基础上引入标签,通过追溯标签序列将众多mRNA、表面蛋白信息定位回原来的单个细胞。其特点包括细胞通量高、捕获率高、短时高效、双细胞发生率低,并且适用性广,可进行单细胞转录组、免疫组、蛋白组、表观组多组学研究。
2、BD Rhapsody平台:这是另一种单细胞测序平台,它允许研究者对单个细胞进行基因表达分析,同时能够检测蛋白质。
3、Illumina Bio-Rad Single-Cell Sequencing Solution:这是Illumina和Bio-Rad联合开发的单细胞测序平台,结合了Illumina的高通量测序能力和Bio-Rad的单细胞分析技术。
4、百创DG1000:该平台利用微流控、油滴包裹和Barcode标记等技术来实现高通量的细胞捕获,可以在极短的时间内完成油包水的过程,形成乳浊液,为进行后续实验节省时间。同时,百创DG1000所用的单细胞芯片为百创智造研发的国内首款2*4芯片,可快速实现1～8个样本的单细胞测序文库构建。该平台可在单细胞水平揭示全基因组范围内基因的表达与功能异质性、精准区分细胞类型等。
5、MicroDrop:该平台采用液滴微流控技术,实现了单细胞的自动化、高通量分离和建库,同时兼容多种单细胞测序技术,如10x Genomics的Chromium、BD的Rhapsody等。
6、10K Genomics的M20平台:该平台采用微流控技术和独特的液滴生成方式,实现了单细胞的精准捕获和高效建库,适用于多种单细胞测序应用。
单细胞转录组测序技术对于理解细胞分子机制、疾病发生发展等方面具有重要意义。它不仅能够提供成千上万个单个细胞的转录谱,还能使研究人员在单细胞水平上了解哪些基因表达,多少数量以及异质样品中成千上万个细胞之间的差异。因此,单细胞转录组测序技术在医学、生物学等领域具有广阔的应用前景,例如可以更精准地针对细胞或者细胞亚群进行免疫治疗或者靶向治疗,从而在生物体的功能机制的解析和发现更为有效的疾病治疗方法等方面发挥重要作用。
应用方向：
1、肿瘤研究 2、干细胞研究 3、免疫研究 4、神经科学 5、疾病机理 6、衰老发育 7、植物研究 8、药物研究
典型结果展示：
| 单细胞测序 | 单细胞 | 1-2个（4μL PBS悬液） | 1) 将细胞分选至装有3～5μL PBS缓冲液的200μL PCR管中，细胞数目不得超过1000个。不建议另外加入其他细胞保护剂，如有特殊情况，加入其他试剂或者经过其他处理,请在样品信息单中备注。 2) 细胞分离完成后，请于10分钟内放入-80℃冰箱或者干冰保存。也可暂存于-20℃，但保存时间不得超过3小时。 3) 每个细胞样品建议送4管重复，以保证后续实验成功率。例如：需测序某一细胞样品数为5个，则建议送样细胞样品管数为20。 4) 除提供细胞样品外，还需要每批次提供一个阴性对照，即在PBS缓冲液中加入0.1~0.5 μL的1% PBS-BSA溶液（分选细胞时，细胞所处保存溶液）。 |
| 微量细胞 | 2≤细胞数目≤1000（4μL PBS悬液） |
1、为什么要进行单细胞转录组测序？
答：单细胞转录组测序能够揭示细胞群体内部的异质性，即不同细胞在基因表达水平上的差异。这对于理解复杂生物过程（如发育、疾病进展等）中的细胞动态变化至关重要。通过单细胞测序，我们可以获得单个细胞的基因表达谱，从而更精确地描述细胞状态和功能。
2、单细胞转录组测序能做哪些层面的检测？
答：单细胞转录组测序主要用于检测单个细胞内基因的表达情况。这包括检测基因的表达水平、鉴定细胞类型、揭示细胞分化轨迹等。此外，还可以结合其他组学数据（如表观组学、蛋白质组学等）进行综合分析，以更全面地了解细胞状态和功能。
3、高通量单细胞转录组测序的样本有什么要求？
答：高通量单细胞转录组测序的样本通常需要满足以下条件：细胞活性高、数量足够、形态大小适宜。此外，样本中的细胞应尽可能均匀分布，以减少技术偏差。对于某些特殊类型的细胞（如神经细胞等），可能需要进行细胞核提取后进行核转录组检测。
4、不满足上述细胞样本要求，还能进行scRNA-seq吗？
答：即使细胞样本不满足上述要求，仍然可以尝试进行单细胞转录组测序。例如，可以通过细胞核提取的方法进行核转录组检测，尽管这种方法可能无法反映全部细胞信息，但仍然能提供有关细胞特征的有价值数据。
5、单细胞测序平台有哪些选择？
答：目前市场上有多种单细胞测序平台可供选择，包括Chromium平台、Rhapsody平台、Bio-Rad Single-Cell Sequencing Solution等。此外，国内有百创DG1000、MicroDrop等。选择哪个平台取决于实验需求、预算和实验室条件等因素。
6、单细胞测序数据如何分析？
答：单细胞测序数据的分析通常包括质量控制、单细胞的聚类、细胞类型的识别、基因表达量的计算、差异表达分析等步骤。需要使用专门的生物信息学工具和软件进行数据处理和分析。此外，还需要结合实验设计和背景知识进行结果解读和讨论。
