低成本单细胞分析新型“移动”设备

　　近年来人们发现研究单细胞如何影响疾病和治疗反应的潜力越来越大，但是由于缺乏富于成本效益和便于操作的仪器，现阶段单细胞分析的应用发展尚比较受限。

　　新年伊始，纽约基因组研究中心和纽约大学2月23日在《Nature Communications》发表文章，向我们介绍了一款3D打印便携式低成本微流控单细胞测序设备。

　　为了证明该仪器在临床环境下的实用性，研究人员与特种外科医院（Hospital for Special Surgery，HSS）合作，对类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）患者的滑膜组织展开临床测试。

　　这款3D打印定制设备总成本约600美元，包括电子和气动元件在内的各零件可轻松组装，设备占地面积比纸巾盒大不了多少。同类商业微流体仪器普遍非常昂贵，并非所有实验室都愿意花钱配备。“我们设计的仪器内含微滴级别的微流控芯片和Drop-seq独立技术，可满足大规模并行单细胞RNA测序需求，”技术创新实验室（Technology Innovation Lab）的高级研发工程师William Stephenson博士说。

　　RA是一种自身免疫性疾病，全球1%人口患有此病并长期伴有关节肿痛。类风湿性关节炎的确切病因尚未明确，因关节附近细胞多样性影响，病情诊断一直摸棱两可。

　　HSS是风湿病学研究和疾病治疗的世界领导者，在这项研究中，他们使用该设备对RA患者的关节滑膜组织进行分析，设备的便携性允许医务人员在患者手术过程中进行采样和立即处理，最大限度地减少搬运和运输以优化样品质量。

　　研究人员从5名RA患者体内收集了20387个细胞样本，并研究了每个细胞的基因表达模式。“这些数据清晰地指认出了驱动类风湿性关节炎发展的单个细胞亚群，无论它们此前是否有被表征，”纽约大学生物学助理教授、文章通讯作者Rahul Satija博士说。

　　通过比对完整数据集，寻找相似的细胞群，研究人员确定了13组指示浸润免疫和发炎基质的细胞群。特别令人兴奋的是，不同的成纤维细胞基因表达模式差异很大。“手术切除1小时内，病人组织的单个细胞立即被打上用于单细胞测序的标签，使我们成功地对各种成纤维细胞亚型进行了分类识别，这些信息可能含有用于治疗RA的重要药物靶点，” HSS精密医学实验室负责人Laura Donlin说。

　　研究人员采用流式细胞术验证了13个细胞群的存在，发现它们在关节组织中显示出不同的定位模式。

　　该数据集是为RA患者的滑膜组织创建全面“细胞阿特拉斯（cell atlas）”的关键一步。研究人员目前正利用该设备收集更多患者数据，目标是从其他关节炎疾病（如银屑病关节炎和骨关节炎）患者体内获取样本。

　　此外，他们计划用纽约技术创新实验室开发的CITE-seq技术，根据细胞表面蛋白更精确地分类这些细胞亚型。他们还设想，便携新技术未来可在野外实地采集样品和生物防护设施内的高感染源样本分析中发挥作用。

　　目前仪器的使用说明书和装配手册已经完全公开在Metafluidics网站。“我们希望这种仪器可以减少基础研究和临床中的单细胞转录组分析实验成本，”Stephenson博士说。