中美相繼提出精準(zhǔn)醫(yī)療計(jì)劃，引爆了全球的基因測(cè)序市場(chǎng)。從產(chǎn)前無(wú)創(chuàng)篩查到癌癥基因診斷的個(gè)性化用藥，基因測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用范圍正逐步拓寬，而單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的發(fā)展將開(kāi)啟診療行業(yè)新時(shí)代。
2013年，《科學(xué)》雜志（Science）將單細(xì)胞測(cè)序列為年度最值得關(guān)注的六大領(lǐng)域榜首。瑞典卡羅林斯卡研究院（Karolinska Institutet in Sweden）的Rickard Sandberg在談到單細(xì)胞RNA測(cè)序時(shí)說(shuō)道：“大家等這一天已經(jīng)等了好幾十年了。直到今天，由于技術(shù)的進(jìn)步，這些試驗(yàn)才變得足夠簡(jiǎn)單，而且成本也能夠讓大家接受，所以才能夠走進(jìn)千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)實(shí)驗(yàn)室。”
1、什么是單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)？
單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)，就是對(duì)單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的DNA或RNA序列進(jìn)行擴(kuò)增、測(cè)序和組裝的一種新技術(shù)。但是，一個(gè)細(xì)胞里的DNA或RNA僅僅處在皮克（pg）級(jí)的水平，這么少的量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到過(guò)去已有測(cè)序儀的最低上樣需求。那么如何擴(kuò)增出單個(gè)細(xì)胞中的遺傳信息并盡可能地避免錯(cuò)配和丟失是單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)要解決的核心問(wèn)題。2013年《自然》和《科學(xué)》雜志上陸續(xù)報(bào)道了多種多重退火和成環(huán)循環(huán)擴(kuò)增技術(shù)、基于芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的單細(xì)胞測(cè)序和基于多重置換擴(kuò)增的單細(xì)胞測(cè)序，這些技術(shù)終于使單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)成為了可能。而2013年Fluidigm公司推出了世界上第一款單細(xì)胞RNA測(cè)序自動(dòng)化準(zhǔn)備系統(tǒng)（single-cell automated prep system for RNA-seq），極大地降低了科研人員們進(jìn)入單細(xì)胞研究領(lǐng)域的技術(shù)門(mén)檻。
2、與傳統(tǒng)測(cè)序技術(shù)相比，單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在
測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展，讓測(cè)序成本不斷降低，也讓這項(xiàng)看起來(lái)很“高大上”的技術(shù)越來(lái)越接近普通老百姓，譬如產(chǎn)前檢查和疾病基因診斷。然而，過(guò)去的測(cè)序儀對(duì)DNA量要求較多，故必須采用成千上萬(wàn)個(gè)細(xì)胞混在一起進(jìn)行研究，這就會(huì)模糊我們對(duì)大腦、血液系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)，及其組成這些系統(tǒng)的細(xì)胞之間異質(zhì)性（heterogeneity）的認(rèn)識(shí)。在單細(xì)胞層面，所有的疾病在病理學(xué)上都是不一樣的。單細(xì)胞研究能夠幫助我們更好地認(rèn)識(shí)為什么有些細(xì)胞生病了，而另外一些細(xì)胞卻還是正常的；也能夠告訴我們?yōu)槭裁从行┘?xì)胞對(duì)藥物的敏感性非常高，可是另外一些細(xì)胞對(duì)藥物卻“無(wú)動(dòng)于衷”。故單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)可謂是科技發(fā)展史上的一大創(chuàng)舉。
3、單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)在腫瘤研究中的應(yīng)用
美國(guó)德克薩斯大學(xué)MD Anderson癌癥中心Nicholas Navin說(shuō)：“單細(xì)胞測(cè)序儀技術(shù)是一項(xiàng)非常強(qiáng)大的技術(shù)，可以幫助我們發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞里的基因組變異。”確實(shí)，從疾病預(yù)后判斷到病情監(jiān)測(cè)，單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)都將為腫瘤研究人員提供大量的信息。我們都知道，腫瘤細(xì)胞的突變速率非常快，且腫瘤組織是一種高度異質(zhì)性的組織。確定腫瘤組織中存在哪些細(xì)胞亞群（或者叫克?。┚邆滢D(zhuǎn)移能力，哪些克隆對(duì)化療藥物是敏感的，這些信息對(duì)于臨床工作都非常有幫助。尤其針對(duì)隱藏在人體循環(huán)系統(tǒng)里的循環(huán)腫瘤細(xì)胞（circulating tumor cell, CTC）進(jìn)行全基因組或者轉(zhuǎn)錄組測(cè)序最有幫助，因?yàn)檫@些CTC細(xì)胞就是導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移的元兇，有關(guān)它們的信息對(duì)于疾病的診斷、監(jiān)測(cè)和治療都至關(guān)重要。
4、單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)在優(yōu)生優(yōu)育方面的應(yīng)用
對(duì)于不孕不育癥夫婦而言，孕育一個(gè)孩子是非常困難的事情，而且這也會(huì)讓他們的情感飽受折磨。即便他們懷孕了，如何生育一個(gè)健康的寶寶也是他們關(guān)心的一個(gè)重要問(wèn)題。對(duì)于那些存在遺傳風(fēng)險(xiǎn)，需要借助體外受精技術(shù)（in vitro fertilization，IVF）輔助的父母而言，胚胎植入前遺傳學(xué)診斷（preimplantation genetic diagnosis，PGD）技術(shù)是孕育出健康下一代的保證。然而，目前PGD技術(shù)也只能夠?qū)蚪M中的一個(gè)、或少數(shù)幾個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行篩查和診斷，臨床醫(yī)生們所能獲得的信息相當(dāng)有限。而新出現(xiàn)的單細(xì)胞全基因組測(cè)序技術(shù)能夠?qū)ε咛ミM(jìn)行結(jié)構(gòu)異常、甚至是點(diǎn)突變的檢測(cè)，分辨率極高，對(duì)體外受精卵分裂產(chǎn)生的極體進(jìn)行基因組測(cè)序能夠?yàn)榕R床醫(yī)生們進(jìn)行胚胎植入前的遺傳學(xué)診斷和篩查提供非常有價(jià)值的幫助。這對(duì)于那些攜帶有染色體異常卻又迫切地想要一個(gè)自己的健康孩子的夫妻來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一大福音。
盡管單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)給我們帶來(lái)了很多驚喜，我們對(duì)該技術(shù)也寄予了厚望，但是該技術(shù)目前還不是實(shí)驗(yàn)室里一項(xiàng)常規(guī)的檢測(cè)技術(shù)。因?yàn)榛A(chǔ)技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析和解讀技術(shù)的不斷進(jìn)步是提高單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)精確度的關(guān)鍵，而要在系統(tǒng)層面了解單細(xì)胞的作用，則必須要對(duì)大批量的細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序研究。即便如此，隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，這些問(wèn)題也會(huì)在不久的將來(lái)得以解決，而單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)用于臨床檢測(cè)也將備受期待。
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