單細胞定序(Single-Cell Sequencing)的簡介

前言

單細胞定序(Single-Cell Sequencing)是指對單個細胞進行基因組(Genome)、轉錄組(Transcriptome)、表觀組(Epigenome)等多方位研究的高通量定序技術,發展源於2009年的流式細胞分選(FACS)和微操作技術(MCA),利用微流控技術(Microfluidics)將單個細胞分離出來,並進行DNA或RNA的放大、定序等操作,這些技術為單細胞定序的快速發展奠定了基礎。現如今的單細胞定序越來越純熟,從原本只能分離出幾顆甚至幾十顆單細胞的技術,演化成一次實驗就能產出數萬乃至數十萬的單細胞數據,而這也只用了短短的十幾二十年時間而已。

Nature Protocols volume 13, 599–604 (2018)

單細胞定序有何優勢?

  1. 避免結果平均的效應:在傳統的qPCR分析中,樣品會進行細胞裂解(lysis),將多個細胞的基因表達混合在一起進行分析。這種方式會掩蓋掉細胞間的異質(heterogeneity),因為不同細胞在基因表達和蛋白質表達上的異質性非常大。而單細胞定序則可以避免這種平均效應,真正反映出單個細胞的特性,進一步挖掘細胞間的異質性。
  2. 發現新細胞類型:由於單細胞定序能將每個細胞的訊息獨立分開,因此可以藉由這個技術發現許多以前未知的細胞類型。此外,單細胞定序可以幫助我們發現不同細胞在不同條件下的變化。例如,在疾病研究中,我們可以比較健康和患病組織中的單個細胞,以識別不同細胞類型和亞型之間的差異,這些差異可能與疾病的發生和發展有關。
  3. 探索細胞的功能以及基因的表現與調控:單細胞定序可以提供單顆細胞的信息,這些信息有助於探索細胞的功能和基因表達的調節機制。
  4. 探討細胞之間的交互作用:單細胞定序可以幫助我們理解細胞與細胞之間的交互作用(cell-cell interaction),揭示細胞之間的轉錄因素、可能的信號通路,以及它們在不同條件下的表達和調節方式。
  5. 發現病理機制和可能的靶向治療方法:單細胞定序可以幫助我們發現疾病的潛在機制和治療靶點。例如,通過比較正常和癌症細胞之間的單細胞RNA測序結果,可能可以發現癌症細胞中的特定基因或通路異常激活或失調,從而為治療癌症提供新的靶點參考。

單細胞定序有何劣勢?

  1. 成本高:沒錯,單細胞定序就是貴。
  2. 數據分析和解釋復雜:單細胞定序數據的分析和解釋需要專業的技能和知識,包括統計分析、生物信息學和電腦程式語言等方面的知識,這對於研究人員來說是一項巨大挑戰。
  3. 數據質量:單細胞定序數據會受到許多因素的影響,例如RNA降解、樣本處理方法和測序深度等,這都會影響數據的品質和可靠性。
  4. 稀有細胞類型的檢測問題:單細胞定序可能在檢測稀有細胞類型方面存在巨大限制,因為它們在樣本中的數量較少,可能會導致RNA擴增、偽陽性和檢測的困難。
  5. 技術復雜:單細胞定序技術相對於傳統的RNA測序技術更加復雜,需要更多的實驗技能和設備。同時,樣品的收集、處理和保存也需要更加小心和專業。一個不小心,就要進去老闆的辦公室挨罵了。
Front Cell Dev Biol. 2018 Sep 4;6:108

結語

單細胞定序技術(Single-Cell sequencing)是一種強大的工具,它可以使我們瞭解不同細胞之間的差異和多樣性,從而更好地理解生物體內各個系統和器官的功能。這項技術在研究細胞生物學、發育生物學、免疫學、神經科學、腫瘤學和醫學等領域中具有廣泛的應用前景,已經成為生命科學領域的重要研究手段之一。然而,這項技術也需要解決多方面的問題與挑戰,例如高成本、樣本準備、RNA擴增和後端數據分析等方面的問題,這些才是困擾許多研究學者的重大難點。

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MillionQuesn
MillionQuesn

一個旅居台灣的異鄉人,分享突然靈光一現的亮點。

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