單細胞測序平台如何選？5種大規模單細胞測序平台性能詳解

隨著“人類細胞圖譜”計劃的開展，單細胞測序技術進入了2.0時代。單細胞測序技術使我們能夠低成本、快速構建器官或者組織的大規模單細胞表達圖譜，瞭解器官或組織內細胞複雜的基因網絡，以及單細胞中的調控機制，進一步探究各細胞群體的協同方式。

眾多大規模單細胞測序技術的出現讓人眼花繚亂。目前，國內外研究機構使用的大規模單細胞測序平臺主要有五種：Illumina® Bio-Rad® Single-Cell Sequencing Solution、BD Rhapsody™ Single-Cell Analysis System、10x Chromium Single Cell Gene Expression Solution、ICELL8 Single-Cell System和C1™ 單細胞全自動製備系統。它們各自的性能怎樣？應用領域有什麼不同？又有哪些優勢？接下來小編將為你一一揭曉。

10x Chromium Single Cell Gene Expression Solution

2016年2月，10x genomic公司推出Single Cell Gene Expression Solution平臺，可對高通量的數字基因表達的複雜細胞群進行深入分析，生命科學研究進入了單細胞生物學時代。

該平臺可通過快速高效的單細胞標記、測序和分析，獲得單細胞水平的數字化基因表達譜，對複雜細胞群體進行深入細緻分析，繪製大規模單細胞表達圖譜。與其他大規模單細胞分選平臺相比，通量高，週期快速，成本低，細胞捕獲效率高

10 x Chromium Single Cell Gene Expression Solution

原理：基於10x genomics平臺，利用微流控技術進行單個細胞分選，將帶有條形碼和引物的凝膠珠和單個細胞包裹在油滴中；在每個油滴內，凝膠珠溶解，細胞裂解釋放mRNA，通過逆轉錄產生用於測序的帶條形碼的cDNA；液體油層破壞後，cDNA後續進行文庫構建，使用Illumina測序平臺對文庫進行測序檢測，即可一次性獲得大量單細胞的基因表達數據，10min內自動完成多至80,000個細胞的捕獲，從而達到在單細胞水平進行表達測序的目的。

10 x Chromium Single Cell Gene Expression Solution技術原理

應用領域：10 x Chromium Single Cell Gene Expression Solution能有效地解決組織樣本無法破解的細胞異質性難題，有助於發現新的細胞類型；基於大量的單細胞基因表達數據，該平臺還可進行細胞表達特徵聚類、亞群表達特徵、標誌物篩選等方面的分析，是一種高效的細胞基因表達水平的檢測技術，在發育與生殖、免疫、幹細胞分化、腫瘤異質性、神經系統發育以及腦發育等研究領域中有著廣泛的應用和研究結果發表。

優勢：與其他高通量捕獲平臺相比，一次實驗可完成多至80,000個細胞的捕獲，通量最高，週期快速，成本最低；細胞捕獲效率高，單個樣本細胞捕獲率高達65%；商業化儀器操作簡便。

BD Rhapsody™ Single-Cell Analysis System

BD公司推出的這款Rhapsod™單細胞分析系統採用了分子標籤技術，能為單細胞中每個轉錄本標記特異性分子標籤，實現單細胞水平上基因表達譜的絕對定量。

BD Rhapsod™單細胞分析系統

原理：

優勢：實現多樣本混合捕獲，微孔板的孔數高達22萬個；具備成像系統，可觀察細胞相關信息；可以實現轉錄組-蛋白組聯合分析。

Illumina® Bio-Rad® Single-Cell Sequencing Solution

2017年1月17日，Illumina公司和Bio-Rad實驗室公司在JP摩根健康大會上發佈了Illumina® Bio-Rad® Single-Cell Sequencing Solution。ddSEQ System是單細胞分析的新一代測序(NGS)工作流程，可一次性檢測8個樣本，每個樣本可以得到500~10000個細胞，研究單細胞在組織功能、病情進展和治療反應方面的協同作用。與其他高通量捕獲平臺相比：Illumina® Bio-Rad®捕獲效率低，僅為3%，但測序成本相對較低。

Illumina® Bio-Rad® Single-Cell Sequencing Solution

原理：藉助Bio-Rad的Droplet Digital™液滴分離技術，該平臺可對單個細胞進行隔離和編制條形碼，完成單細胞的捕獲、擴增、表達譜建庫，然後在Illumina NextSeq500儀器進行下游測序，從而獲得單個細胞表達譜數據。

該系統還可以使用BaseSpace® Informatics Suite，在Illumina的雲端基因組學計算環境中進行初級和中級數據分析，並使用流式細胞分析技術的領先公司FlowJo, LLC所開發的SeqGeq™進行高級數據分析和可視化處理。

Illumina® Bio-Rad® Single-Cell Sequencing Solution工作流程

優勢：操作簡單、一次性可8個樣本，捕獲500~10000個單細胞，成本較低。

ICELL8 Single-Cell System

2015年2月份，Wafergen公司開發出ICELL8 Single-Cell System單細胞分選平臺，該平臺具有通量高，週期快

ICELL8 Single-Cell System

原理：基於微流控芯片的技術，ICELL8利用WaferGen SmartChip TE平臺篩選細胞，平臺擁有5184個反應孔，可

優勢：相對而言，ICELL8的工作流程較簡便，每次運行可分離500-1000個細胞，並在一定程度上降低了測序成本。

C1™ 單細胞全自動製備系統

Fluidigm公司推出的C1單細胞自動製備系統，與BioMark™ HD微流體PCR系統相結合（該系統在單細胞基因表達分析中被廣泛採用），能夠快速可靠地分離、處理、並對單一細胞進行基因組分析。但與其他高通量單細胞平臺相比，其通量低、成本高、週期慢、對試驗人員要求高，操作較繁瑣和困難，因此目前主要在國內部分科研院所使用，較難應用於高通量單細胞研究。

C1™單細胞自動製備系統和BIOMARK™ HD系統

原理：C1單細胞自動製備系統微流體技術，可以同時捕獲96個的細胞，在同一張芯片上完成細胞捕獲、裂解、逆轉錄及預擴增的全過程。在BioMarkHD系統進行qPCR擴增，幾個小時內即可檢測數以百計的單細胞中數百個基因的表達，而這些工作在傳統檢測流程中通常要耗費幾天的時間。

應用領域：該平臺可獲得單細胞全轉錄組信息，可應用於生殖發育、幹細胞分化、檢測單一細胞對特定刺激的反應、證實重要疾病生物標誌物、驗證RNA干擾沉默基因表達和實行候選藥物篩選等研究領域。

優勢：可以獲取到轉錄組的全長信息，但是通量低，價格較貴。

綜上可以看出，各個平臺各有特點，其中10 X Chromium Single Cell Gene Expression Solution平臺的通量高，週期快速，成本低，細胞捕獲效率高，性能優勢比較明顯，並且商業化儀器操作簡便；BD Rhapsody™ Single-Cell Analysis System作為更為開放的定製化平臺，以及轉錄組測序與蛋白同時檢測的平臺，具有檢測信息更完善、成本更低的優勢，二者均廣泛的應用於發育與生殖、免疫、幹細胞分化、腫瘤異質性、神經系統發育以及腦發育等研究領域。研究人員可以根據研究的實際情況，選擇最能滿足試驗需求的測序平臺。

隨著單細胞測序技術的不斷完善，國內外單細胞的相關研究也在蓬勃發展。博奧晶典作為國內第一家引進10X Genomics平臺的公司，率先在國內開展了上萬級通量的單細胞轉錄組測序服務。目前，博奧晶典已經完成了1000多個樣品、50種不同樣品類型的服務，覆蓋的物種和樣品類型包括人和小鼠的肝臟、心臟、腦、血液、神經，以及雞、斑馬魚、水稻、擬南芥等，成為國內在大規模單細胞測序方面經驗較為豐富的公司。2018年3月，博奧晶典支持的10X Genomics單細胞轉錄組測序國內首篇科研論文發表在《PNAS》，點擊鏈接，查看此前報道6月，該平臺國內最高分科研論文在國際幹細胞領域頂級期刊《Cell Stem Cell》發表。點擊鏈接，查看此前報道

此外，博奧晶典已於2018年9月與BD（中國）成立單細胞研究聯合實驗室，致力於大規模單細胞測序產品的開發和打磨，目前可提供以下單細胞測序產品服務：

單細胞測序技術可謂科技發展史上的一大創舉，它極大地推進了基因組學與癌症等疾病研究的進展。單細胞測序技術的不斷更新和完善無疑為構建完整細胞圖譜提供了技術基礎。可以預見的是，未來綜合多組學的單細胞測序方法將在複雜器官和組織研究中發揮愈發強大的作用。

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關鍵字: 科普 腫瘤 單細胞