Seq-Well：一種便攜、低成本且高通量的單細胞RNA測序方法

對單細胞中的mRNA分子進行測序，能夠揭示這些細胞在特定時間內發生的事件。然而，這種分析所需的設備非常笨重并且不能廣泛獲得。

麻省理工學院（MIT）的研究人員如今開發了一種便攜式的技術，可以快速地從許多細胞中制備RNA并同時進行測序，他們認為這將使單細胞RNA測序方法得到更廣泛的使用。這項新技術被稱為Seq-Well，可以使科學家們更容易地識別組織樣本中的不同細胞類型，幫助他們研究免疫細胞如何對抗感染和癌細胞如何響應治療等。

?MIT的助理教授Alex K. Shalek說，“它并不是通過挑選一個標記物來定義一種細胞類型，使用單細胞RNA測序，我們可以觀察在特定時刻細胞中表達的一切。通過發現細胞之間的共同模式，我們可以了解這些細胞的類型。”

Shalek等人在過去幾年中已經開發了多種單細胞RNA測序策略。在這項新研究中，他與MIT的副教授J. Christopher Love合作，創建了一個新版本的技術，可以使用非常簡單的設備快速分析大量細胞。

Love說，“我們將之前開發的技術結合在一起，使研究人員能夠在一系列不同的臨床樣品和環境中進行這種類型的測序，它克服一些障礙，可以使這些技術得到更廣泛的應用。”

這項新技術于2月13日發表在《Nature Methods》上，Love和Shalek是其通訊作者。

快速分析

人體中的大多數細胞僅表達基因組中基因的一部分。這些基因的信息被復制到mRNA分子中，也稱為RNA轉錄物，指導細胞構建特異性蛋白質。每個細胞的基因表達譜根據其功能而變化。

對血液或組織樣本中的許多單細胞進行RNA測序，提供了一種基于基因表達模式來區分細胞的方法。這使科學家能夠確定細胞的功能，包括它們在疾病或治療反應中的作用。

測序大量細胞的關鍵是追蹤哪些RNA轉錄物來自哪個細胞。早的技術需要將細胞分選到多孔板上的單獨的管或隔室中，然后分別將每個細胞制備成測序文庫。

這個過程能夠順利進行，但不能處理含有數千個細胞的大樣品，例如血液樣品或組織樣品，且每個細胞的成本在25美元到35美元之間。

Shalek等人近開發了微流體技術，以幫助實現自動化和并行化過程，但是所需設備的數量使其不容易運輸。

Shalek和Love意識到，Love以前開發的用于分析單細胞蛋白質分泌物的技術，可以使用便攜式設備，快速和低成本地進行單細胞RNA測序。

Love的實驗室開發的這個微型系統，可以分離單細胞，測量每個細胞分泌的抗體和其他蛋白質。該設備類似于一個微小的冰塊托盤，將每個細胞置于一個隔室中。Love還開發了一個稱為微雕刻的過程，使用這些托盤，可以容納數萬個細胞，以測量每個細胞的蛋白質分泌物。

為了使用這種方法測序RNA，研究人員創建了納米孔陣列，每個納米孔可捕獲一個單細胞和一個條形碼珠子，以進一步捕獲RNA的片段。納米孔用半透膜密封，允許破壞細胞所需的化學物質通過，而同時保證RNA不流失。RNA結合珠子后被移除并進行測序。使用該過程每個細胞的成本小于1美元。

?Seq-Well 的工作流程。

揭露未知

與以前的單細胞RNA測序技術類似，Seq-Well技術能夠捕獲和分析每個細胞RNA轉錄物總數的10%~15%。

Love說，“這包含了映射到數千個基因的豐富信息。關注這些基因的集合，就可以通過其共同的表達來鑒定細胞的類型。”

在該文章中，研究人員使用Seq-Well來分析被稱為巨噬細胞的免疫細胞，其被結核病感染。他們鑒定出了不同的人群和對感染的反應。Shalek等人還把這項技術帶到南非，并分析了那里的TB和HIV感染患者的組織樣本。

Shalek說，“這樣一個簡單的系統可以被攜帶到任何地方，這可以導致單細胞RNA測序技術的廣泛應用。”

Love的實驗室正在使用該方法分析食物過敏的人的免疫細胞，這可以幫助研究人員確定為什么一些人能夠更好地響應過敏治療。Love說，“慢性疾病中還有很多未知數，這些類型的工具可幫助你獲得新的見解。”

此外，研究團隊還與Dana-Farber/Harvard癌癥中心的臨床研究人員合作，將該技術應用于發現新的免疫療法來治療癌癥。

參考文獻：

Seq-Well: portable, low-cost RNA sequencing of single cells at high throughput. Nature Methods (2017) doi:10.1038/nmeth.4179????

SeqWell 描述：

• 試劑盒包含制備文庫所需的主要試劑，包括Magwise™順磁珠（不包括DNA聚合酶）
• 一個96孔板輸入的文庫制備
• 在3-30 ng的寬輸入范圍內對輸入DNA進行歸一化
• 基于批量的定價（節省實驗室總成本的30-50％）

推薦應用：

• 合成構建體測序（擴增子，質粒，BAC等）
• 微生物組篩選
• 微生物全基因組測序
• 單鏈RNA
• 低深度全基因組/ GBS

規格：

• 從96個樣本中準備多重庫的時間：
  • 動手時間：1小時
  • 總耗時：3小時
• 推薦輸入：每個樣品3-30 ng基因組DNA（n = 96）
• 預期成績：
  • 文庫產量：750 – 1500 fmoles的純化的多重文庫
  • 文庫多樣性：每個樣品每1M測序讀取的重復率<5％
  • 大量歸一化：所有96個樣品的讀數計數通常小于2.5倍（小到大）
• 與Illumina測序系統的兼容性：
  • 與Illumina公司MiSeq®，NextSeq®，HiSeq®和NovaSeq®儀器平臺兼容

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