單細(xì)胞技術(shù)研究方向介紹
細(xì)胞探索和檢查是生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。然而，生物學(xué)知識(shí)的主要數(shù)量源于研究細(xì)胞群的傳統(tǒng)方法，而不是生物學(xué)最基本的單位，即單個(gè)細(xì)胞。在這種格式中，假設(shè)細(xì)胞群在物理特征上是同質(zhì)的，基因組表達(dá)和平均測(cè)量值通常會(huì)掩蓋單細(xì)胞差異 。從本質(zhì)上講，生物學(xué)的許多關(guān)鍵領(lǐng)域需要只能在單細(xì)胞水平上解決的研究，例如干細(xì)胞分化和疾病進(jìn)展。據(jù)計(jì)算，在前 5 次人類合子后分裂期間，每個(gè)細(xì)胞每次分裂大約有 1.3 個(gè)突變。衰老和神經(jīng)退行性變期間體細(xì)胞突變?cè)黾�。單�?xì)胞技術(shù)研究方向是什么？生物和物理技術(shù)的改進(jìn)推進(jìn)了單細(xì)胞研究，并為這些領(lǐng)域和許多其他領(lǐng)域提供了新的見(jiàn)解，這些領(lǐng)域可能產(chǎn)生更大的影響。在單細(xì)胞探索水平上，可以看到和分類許多差異。隨著該領(lǐng)域的發(fā)展，這些差異已被證明是生理和生物過(guò)程的催化劑以及調(diào)節(jié)劑 。



技術(shù)和分析技術(shù)的進(jìn)步一直是單細(xì)胞領(lǐng)域的推動(dòng)力 。以前的理論現(xiàn)在可以及時(shí)且具有成本效益的方式進(jìn)行測(cè)試。成像技術(shù)允許通過(guò)熒光二級(jí)標(biāo)記的陡峭性質(zhì)進(jìn)行更大范圍的分類，現(xiàn)在將 GFP 和其他特征轉(zhuǎn)染到細(xì)胞系中很常見(jiàn)。這種轉(zhuǎn)染現(xiàn)在可以通過(guò)病毒標(biāo)記在單細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)。

雖然大多數(shù)單細(xì)胞技術(shù)需要分離或分離單個(gè)細(xì)胞，但組合條形碼可以直接作用于細(xì)胞池。有時(shí)，分離細(xì)胞核而不是細(xì)胞并進(jìn)行進(jìn)一步分析，例如單核 RNA-seq以盡量減少來(lái)自其他細(xì)胞的任何污染或全神經(jīng)元解離或激光字幕顯微解剖遇到的降解。

單細(xì)胞技術(shù)及應(yīng)用

技術(shù)	應(yīng)用	相關(guān)數(shù)據(jù)
FACS 微型筏	分類和隔離	分離細(xì)胞以進(jìn)行其他相關(guān)技術(shù)分析 根據(jù)目標(biāo)標(biāo)記對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分類以進(jìn)行分組和可能的分析
1D 跟蹤 Fibrillar Microfluidics 傳統(tǒng) - 單細(xì)胞 3D	細(xì)胞運(yùn)動(dòng)	遷移率、持久性和出租車研究 可以分析細(xì)胞粘附和表型 3D 平行原生環(huán)境
生物傳感器	生化分析	監(jiān)測(cè)與生理過(guò)程相關(guān)的結(jié)合相互作用
支柱 微接觸印刷	細(xì)胞牽引力	對(duì)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要的機(jī)械數(shù)據(jù)
RT-qPCR RNA FISH TIVA 質(zhì)譜	基因組分析	基因表達(dá)譜 一些技術(shù)的空間信息

單細(xì)胞研究的一個(gè)主要限制是確保可以對(duì)大量生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯和成功的分析。在單細(xì)胞蛋白質(zhì)組和基因組分析中尤其如此。隨著技術(shù)的不斷完善，以系統(tǒng)和有意義的方式全面解釋數(shù)據(jù)的能力將變得至關(guān)重要。通過(guò)圖像采集監(jiān)測(cè)單個(gè)細(xì)胞正在迅速增加研究人員可用的實(shí)驗(yàn)方法。開(kāi)源和專有軟件可以編譯大量圖像并生成全面的延時(shí)圖像，從而使更復(fù)雜的技術(shù)變得易于重現(xiàn)。表 1 顯示了當(dāng)前使用的一些關(guān)鍵方法，以及對(duì)產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)和相關(guān)生物學(xué)研究領(lǐng)域的解釋。
 

技術(shù)	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
流式細(xì)胞儀	高通量 可以同時(shí)篩選多個(gè)標(biāo)記 成熟的技術(shù)	需要大量細(xì)胞群，這需要細(xì)胞通過(guò)傳代生長(zhǎng) 高流速會(huì)損壞細(xì)胞 不適合所有細(xì)胞類型
微型筏	需要少量 細(xì)胞 可以研究所有細(xì)胞類型	需要特殊設(shè)施才能產(chǎn)生 有限的標(biāo)記篩選

單細(xì)胞分析-流式細(xì)胞技術(shù)和微筏陣列技術(shù)
單個(gè)細(xì)胞通�？梢栽陲@微鏡下手動(dòng)拾取 。除了手動(dòng)方法，特定的排序方法是單細(xì)胞策略的關(guān)鍵組成部分。微流體技術(shù)的進(jìn)步極大地提高了這些方法的通量，將能夠分析的細(xì)胞數(shù)量增加到相關(guān)水平。熒光激活細(xì)胞分選 (FACS) 是一種成熟的方法，適用于廣泛的應(yīng)用。然而，新的微打印方法，如微筏陣列正在迅速為該領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)，并且似乎是當(dāng)前的主選方法。

FACS是流式細(xì)胞儀的流行工具。它成為生物學(xué)中的一種標(biāo)準(zhǔn)工具，用于分選具有現(xiàn)成來(lái)源的不同單克隆抗體的活細(xì)胞�？贵w與熒光團(tuán)連接，并在細(xì)胞懸液中篩選所需的標(biāo)記。通過(guò)激光對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分類，以根據(jù)抗體的結(jié)合測(cè)量熒光特性，并將其分類為相應(yīng)的類別。流速在FACS 中至關(guān)重要，以確保在任何給定時(shí)間只有一個(gè)細(xì)胞通過(guò)激光。可用的不同熒光團(tuán)的數(shù)量限制了可以在任何時(shí)候篩選的參數(shù)數(shù)量。通過(guò) FACS 對(duì) NeuN 染色的細(xì)胞進(jìn)行分類是單神經(jīng)元研究的常用方法 。多種標(biāo)記和染料可用于對(duì)具有獨(dú)特標(biāo)記表達(dá)的細(xì)胞進(jìn)行分類。例如，B Shen 等人通過(guò)多種標(biāo)記物分離出骨髓造血細(xì)胞和脾細(xì)胞。
微型筏是微米大小的孔，當(dāng)細(xì)胞分離物流過(guò)它們時(shí)，平均存在零個(gè)或一個(gè)細(xì)胞。附著方法可以是磁性的、聚苯乙烯的或生物的 ，并將細(xì)胞牢固地固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ谧R(shí)別出感興趣的細(xì)胞后，可以使用微針或其他類似技術(shù)將細(xì)胞與微筏一起移出。尺寸通常在數(shù)千口井中，但如果需要，可以擴(kuò)展到數(shù)百萬(wàn)甚至更多。

微筏陣列已被用于對(duì)具有高存活率的貼壁細(xì)胞進(jìn)行分類以進(jìn)行植入。相對(duì)于 FACS，微筏陣列不需要高細(xì)胞群或流速；這兩者都可能導(dǎo)致細(xì)胞表型的變異。因此，它是所有細(xì)胞類型（包括脆弱細(xì)胞）的可行選擇。此外，它是干細(xì)胞和原代細(xì)胞系的理想選擇，因?yàn)檫_(dá)到適當(dāng)濃度所需的傳代次數(shù)較少，可防止對(duì)多能性、基因表達(dá)和表型異質(zhì)性造成不可逆的改變 。分類后，微筏陣列還可以通過(guò)充當(dāng)微載體來(lái)幫助植入傷口愈合和再生應(yīng)用。微載體的使用已被證明可以增加肝臟、心臟和肺組織的愈合，而微筏有助于篩選貼壁細(xì)胞，這是有效植入所需的。

微流體，例如液滴微流體 Fluidigm C1 系統(tǒng)或 10X 基因組學(xué)系統(tǒng)  ，也是分離單細(xì)胞的重要工具。
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