应用 | 单细胞基因组学

单细胞基因组学

变现单细胞分析的科学潜力

提供高质量的单细胞分析

单细胞分析技术促进了转化医学的重大发展和发现。为了达到产生的数据质量和每次实验可使用数据量的高标准,围绕单细胞工作流程的工具需要不断增长和转变。
科学家们常在实验流程的后期才发现这些问题,这可引起沮丧和不可替代的样本、时间、资源和资金损失等意外成本增加。
通过最大限度地利用从每个分析细胞中获得的数据,使样本展现其原始的真实状况。

悬浮技术

LevitasBio® 开发了一种创新的悬浮技术(Levitation Technology™),该技术使用不到1 psi的压力,实现了无接触、无标记、三步富集的过程,只需20分钟即可完成。此技术可以无缝应用于广泛的研究领域和工作流程。

步骤1 加样

添加悬浮液(一种顺磁性溶液)以制备样本。芯片载入系统后,将制备的样本转移到加样孔中。

步骤2 富集

系统在对样本进行成像和悬浮的同时,自动将样本装入分离通道。通过悬浮技术自动进行无标记富集和碎片去除。

步骤3 回收

一旦细胞悬浮到最终的平衡位置,软件中的实时视图可让用户定义如何划分样本(感兴趣的部分和废弃部分)。分离的部分被收集到芯片回收孔中。

活细胞悬浮的高度远高于死细胞和碎片, LeviCell™系统借此以实现清晰地分离和回收。每次都从高质量细胞开始,以获得最佳且最准确的结果。这一温和而有效的过程使之成为可能。

案例研究:10x Genomics单细胞测序

10x Genomics单细胞测序平台帮助我们彻底改变了对生物学的理解,并让我们了解了如何通过测量单个细胞的基因表达来揭示大量mRNA实验中通常看不到的隐藏信息。

不幸的是,虽然单细胞测序工作流程已被证明是快速、简单和可靠的,但获得最完整和准确的单细胞数据取决于前期的样品制备步骤。目前使用的传统方法往往会损害细胞,捕获效率低,并且通常完全无法处理敏感且难以处理的样品(例如分离的组织样品)。最常见的样品富集方法是流式细胞术和磁珠法,这两种方法都经常由于使用的高压而导致显著的细胞应激和基因表达变化(Xiong et al., 2002;Romero-santacreu et al., 2009;Van Den Brink et al., 2017)或由于这些方法所需的细胞表面结合而导致细胞信号传导效应(Kornbluth and Hoover,1989;Christaki et al.,2011)。由于这些缺点,许多有希望的单细胞实验产生了有偏差的结果或完全无法产生结果。

因此迫切需要温和(尽量减少细胞损伤)和高效(尽量捕获群体中的所有活细胞,同时保持原始细胞形态)的技术平台,以实现单细胞分析的科学和临床潜力。

LeviCell™系统展示了如此巨大的潜力。

文库制备

为了展示LeviCell™系统在去除死细胞和碎片方面的优势,在每次富集过程之前,将每个400k细胞样本分成几部分。将每个样本的一半洗入10x文库制备缓冲液中,而另一半使用LeviCell™ 1.0系统富集活细胞。定量后,将LeviCell™ 1.0的输出样本直接放入Chromium Next GEM单细胞3’试剂盒中,无需额外清洗。每种方法使用约15k细胞。最终cDNA浓度由BioAnalyzer估算。虽然所有样本都通过了此步骤,但LeviCell™生成的材料的cDNA质量和结果文库质量明显提高。

所有样本在文库制备前都进行了标准化,以解决产量差异,标准化后将1.5万个细胞从每个进程加载到Chromium系统中

对后处理群体代表性没有负面影响

右侧的数据显示了LeviCell™的温和细胞分离方法如何能够拯救极其脆弱和敏感的原代细胞类型,而不会损害原始细胞群体的完整性。分类和未分类的卵巢DTC样本在室温下用TruStain人Fc Block封闭15分钟,然后在室温下用5 μL抗CD45、抗CD19、抗CD11b和10 μL抗CD3染色30分钟。在Sony SH800S细胞分析仪上分析之前,用FACS缓冲液(PBS中的 0.5% BSA)清洗样本一次。LeviCell™输出显示CD45+淋巴细胞群中CD3+、CD19+和CD11b+细胞的数量相似,而通过磁珠法处理的样本显示CD3+和CD11b+细胞的比例降低。

早期癌症样本

在标准方法中,每个细胞的UMI计数分布显示了一小群细胞,其中大部分是UMI计数。当按基因表达变化分组时,同一细胞簇由单个簇表示。相反,在LeviCell™富集样本中,存在大量具有显著UMI计数的细胞。同一组细胞由四个基因表达簇(右下方)表示,表明测序结果中捕获的细胞多样性范围更大。

晚期癌症样本

在晚期癌症样本中观察到类似的趋势,尽管趋势不那么明显。在这里,使用标准方法进行的样品处理显示了大量具有高度多样性UMI计数的细胞,以及相应的五个基因表达簇。LeviCell™富集后的样本细胞数量较多,UMI计数多样性高,基因表达簇有6个簇,表达谱更清晰。

结论

LeviCell™的创新性、无标记分离技术可彻底去除碎片和死细胞,而不会影响基因表达的原始种群(请参阅《细胞群表征》章节说明,以了解有关LeviCell™如何保持原始种群特征的额外数据)。对于单细胞研究,从样品制备阶段中收获的细胞的纯度和活力是在诸如NGS(下一代测序)之类的下游分析中生成高质量数据的决定性因素。LeviCell™可无缝地富集目标细胞并产生稳定的活细胞产量,而无需优先消耗或改变细胞类型的频率或表达,使其具有许多科学家一直在等待的必要技术特征,以将它们带入一个新的高度。

LeviCell™独特的悬浮平台使科学家能够通过将特定细胞类型的富集时间从数小时甚至数天缩短到仅仅几分钟,从而显著降低成本(包括财务成本)。

LeviCell™系统简化了工作流程,减少了高度专业技术人员和复杂单细胞制备协议的需求。由于LeviCell™系统不使用任何高压、标签、染料或抗体来分离细胞,因此不会改变表达谱。LeviCell™的封闭环境还消除了手动操作引起的污染和细胞死亡的风险。将活细胞与死细胞和碎片分开就像在它们之间找到分界线一样简单。