Seq-Well：一种便携、低成本且高通量的单细胞RNA测序方法

Seq-Well：一种便携、低成本且高通量的单细胞RNA测序方法

对单细胞中的mRNA分子进行测序，能够揭示这些细胞在特定时间内发生的事件。然而，这种分析所需的设备非常笨重并且不能广泛获得。

麻省理工学院（MIT）的研究人员如今开发了一种便携式的技术，可以快速地从许多细胞中制备RNA并同时进行测序，他们认为这将使单细胞RNA测序方法得到更广泛的使用。这项新技术被称为Seq-Well，可以使科学家们更容易地识别组织样本中的不同细胞类型，帮助他们研究免疫细胞如何对抗感染和癌细胞如何响应治疗等。

​MIT的助理教授Alex K. Shalek说，“它并不是通过挑选一个标记物来定义一种细胞类型，使用单细胞RNA测序，我们可以观察在特定时刻细胞中表达的一切。通过发现细胞之间的共同模式，我们可以了解这些细胞的类型。”

Shalek等人在过去几年中已经开发了多种单细胞RNA测序策略。在这项新研究中，他与MIT的副教授J. Christopher Love合作，创建了一个新版本的技术，可以使用非常简单的设备快速分析大量细胞。

Love说，“我们将之前开发的技术结合在一起，使研究人员能够在一系列不同的临床样品和环境中进行这种类型的测序，它克服一些障碍，可以使这些技术得到更广泛的应用。”

这项新技术于2月13日发表在《Nature Methods》上，Love和Shalek是其通讯作者。

快速分析

人体中的大多数细胞仅表达基因组中基因的一部分。这些基因的信息被复制到mRNA分子中，也称为RNA转录物，指导细胞构建特异性蛋白质。每个细胞的基因表达谱根据其功能而变化。

对血液或组织样本中的许多单细胞进行RNA测序，提供了一种基于基因表达模式来区分细胞的方法。这使科学家能够确定细胞的功能，包括它们在疾病或治疗反应中的作用。

测序大量细胞的关键是追踪哪些RNA转录物来自哪个细胞。早的技术需要将细胞分选到多孔板上的单独的管或隔室中，然后分别将每个细胞制备成测序文库。

这个过程能够顺利进行，但不能处理含有数千个细胞的大样品，例如血液样品或组织样品，且每个细胞的成本在25美元到35美元之间。

Shalek等人近开发了微流体技术，以帮助实现自动化和并行化过程，但是所需设备的数量使其不容易运输。

Shalek和Love意识到，Love以前开发的用于分析单细胞蛋白质分泌物的技术，可以使用便携式设备，快速和低成本地进行单细胞RNA测序。

Love的实验室开发的这个微型系统，可以分离单细胞，测量每个细胞分泌的抗体和其他蛋白质。该设备类似于一个微小的冰块托盘，将每个细胞置于一个隔室中。Love还开发了一个称为微雕刻的过程，使用这些托盘，可以容纳数万个细胞，以测量每个细胞的蛋白质分泌物。

为了使用这种方法测序RNA，研究人员创建了纳米孔阵列，每个纳米孔可捕获一个单细胞和一个条形码珠子，以进一步捕获RNA的片段。纳米孔用半透膜密封，允许破坏细胞所需的化学物质通过，而同时保证RNA不流失。RNA结合珠子后被移除并进行测序。使用该过程每个细胞的成本小于1美元。

​Seq-Well 的工作流程。

揭露未知

与以前的单细胞RNA测序技术类似，Seq-Well技术能够捕获和分析每个细胞RNA转录物总数的10%~15%。

Love说，“这包含了映射到数千个基因的丰富信息。关注这些基因的集合，就可以通过其共同的表达来鉴定细胞的类型。”

在该文章中，研究人员使用Seq-Well来分析被称为巨噬细胞的免疫细胞，其被结核病感染。他们鉴定出了不同的人群和对感染的反应。Shalek等人还把这项技术带到南非，并分析了那里的TB和HIV感染患者的组织样本。

Shalek说，“这样一个简单的系统可以被携带到任何地方，这可以导致单细胞RNA测序技术的广泛应用。”

Love的实验室正在使用该方法分析食物过敏的人的免疫细胞，这可以帮助研究人员确定为什么一些人能够更好地响应过敏治疗。Love说，“慢性疾病中还有很多未知数，这些类型的工具可帮助你获得新的见解。”

此外，研究团队还与Dana-Farber/Harvard癌症中心的临床研究人员合作，将该技术应用于发现新的免疫疗法来治疗癌症。

参考文献：

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

SeqWell 描述：

• 试剂盒包含制备文库所需的主要试剂，包括Magwise™顺磁珠（不包括DNA聚合酶）
• 一个96孔板输入的文库制备
• 在3-30 ng的宽输入范围内对输入DNA进行归一化
• 基于批量的定价（节省实验室总成本的30-50％）

推荐应用：

• 合成构建体测序（扩增子，质粒，BAC等）
• 微生物组筛选
• 微生物全基因组测序
• 单链RNA
• 低深度全基因组/ GBS

规格：

• 从96个样本中准备多重库的时间：
  • 动手时间：1小时
  • 总耗时：3小时
• 推荐输入：每个样品3-30 ng基因组DNA（n = 96）
• 预期成绩：
  • 文库产量：750 – 1500 fmoles的纯化的多重文库
  • 文库多样性：每个样品每1M测序读取的重复率<5％
  • 大量归一化：所有96个样品的读数计数通常小于2.5倍（小到大）
• 与Illumina测序系统的兼容性：
  • 与Illumina公司MiSeq®，NextSeq®，HiSeq®和NovaSeq®仪器平台兼容

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