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Advances and applications of single-cell sequencing technologies. ​

文献信息 ​

PMID26000845
期刊Molecular cell
影响因子16.6
JCR 分区Q1
发表年份2015
被引次数312
关键词单细胞测序, 技术应用, 生物学研究
文献类型Journal Article, Research Support, N.I.H., Extramural, Research Support, Non-U.S. Gov't, Review
ISSN1097-2765
页码598-609
期号58(4)
作者Yong Wang, Nicholas E Navin

一句话小结 ​

单细胞测序（SCS）技术近年来在多个生物学领域中展现出强大的应用潜力，特别是在研究稀有细胞和复杂细胞群体方面。本文综述了SCS的方法、应用及其在临床转化中的重要性，强调了其对微生物学、神经生物学、免疫学和癌症研究的深远影响。

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单细胞测序 · 技术应用 · 生物学研究

摘要 ​

单细胞测序（SCS）已成为研究稀有细胞和描绘复杂细胞群体的一种强大新技术。在过去的五年中，SCS在DNA和RNA方面的方法对许多生物学不同领域产生了广泛的影响，包括微生物学、神经生物学、发育学、组织嵌合体、免疫学和癌症研究。在本综述中，我们将讨论SCS技术及其应用，以及在临床中的转化应用。

英文摘要 ​

Single-cell sequencing (SCS) has emerged as a powerful new set of technologies for studying rare cells and delineating complex populations. Over the past 5 years, SCS methods for DNA and RNA have had a broad impact on many diverse fields of biology, including microbiology, neurobiology, development, tissue mosaicism, immunology, and cancer research. In this review, we will discuss SCS technologies and applications, as well as translational applications in the clinic.

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主要研究问题 ​

  1. 单细胞测序技术在癌症研究中的具体应用有哪些？
  2. 如何评估单细胞测序技术在免疫学研究中的优势与局限？
  3. 单细胞测序技术如何推动神经生物学领域的研究进展？
  4. 在临床转化应用中，单细胞测序技术面临哪些挑战？
  5. 微生物学领域如何利用单细胞测序技术揭示复杂的微生物群落？

核心洞察 ​

研究背景和目的 ​

单细胞测序（SCS）技术近年来迅速发展，成为研究稀有细胞和复杂细胞群体的重要工具。过去五年，SCS在DNA和RNA研究中对多个生物学领域产生了广泛影响，包括微生物学、神经生物学、发育生物学、组织马赛克、免疫学和癌症研究。本文旨在探讨SCS技术及其应用，特别是其在临床转化中的潜力。

主要方法/材料/实验设计 ​

SCS技术的主要方法包括对单个细胞进行分离、扩增和测序。以下是技术路线的流程图展示：

Mermaid diagram
  1. 单细胞分离：通过微流控技术或荧光激活细胞分选（FACS）等方法将单个细胞从样本中分离出来。
  2. 细胞扩增：对分离的单细胞进行扩增，以确保足够的DNA/RNA量用于后续分析。
  3. DNA/RNA提取：从扩增的细胞中提取DNA或RNA，以便进行测序。
  4. 测序：利用高通量测序技术对提取的DNA/RNA进行测序。
  5. 数据分析：通过生物信息学工具分析测序数据，识别细胞类型和功能。
  6. 结果解释：根据分析结果进行生物学意义的解释和临床应用的推导。

关键结果和发现 ​

  • SCS技术能够精确描绘稀有细胞类型及其在复杂细胞群体中的功能和状态。
  • 在癌症研究中，SCS揭示了肿瘤微环境中的异质性，提供了新的治疗靶点。
  • 在免疫学领域，SCS帮助识别特定免疫细胞亚群的功能状态，为疫苗开发和免疫治疗提供了理论基础。

主要结论/意义/创新性 ​

SCS技术的创新性在于其能够在单细胞水平上提供前所未有的解析力，使研究者能够深入理解生物学过程中的复杂性。其临床转化潜力体现在：

  • 精准医学：根据个体的细胞特征制定个性化治疗方案。
  • 疫苗开发：通过分析免疫反应的细胞组成，优化疫苗设计。

研究局限性和未来方向 ​

  • 局限性：SCS技术在样本准备和数据分析过程中可能引入偏差，且对实验技术要求较高，导致成本增加。
  • 未来方向：未来的研究应集中于改进SCS的灵敏度和准确性，以及开发更高效的数据分析算法。此外，探索SCS在临床实践中的广泛应用，如早期疾病诊断和疗效监测，将是一个重要的研究方向。

参考文献 ​

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引用本文的文献 ​

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  3. Stem Cell Differentiation and Therapeutic Use. - Matthew S Alexander;Juan Carlos Casar;Norio Motohashi - Stem cells international (2015)
  4. The first five years of single-cell cancer genomics and beyond. - Nicholas E Navin - Genome research (2015)
  5. Revealing the Complexity of Breast Cancer by Next Generation Sequencing. - John Verigos;Angeliki Magklara - Cancers (2015)
  6. Microfluidic Sample Preparation for Single Cell Analysis. - Sanjin Hosic;Shashi K Murthy;Abigail N Koppes - Analytical chemistry (2016)
  7. Precision Medicine for Molecularly Targeted Agents and Immunotherapies in Early-Phase Clinical Trials. - Juanita Lopez;Sam Harris;Desam Roda;Timothy A Yap - Translational oncogenomics (2015)
  8. Highly multiplexed targeted DNA sequencing from single nuclei. - Marco L Leung;Yong Wang;Charissa Kim;Ruli Gao;Jerry Jiang;Emi Sei;Nicholas E Navin - Nature protocols (2016)
  9. Medoidshift clustering applied to genomic bulk tumor data. - Theodore Roman;Lu Xie;Russell Schwartz - BMC genomics (2016)
  10. Single-cell transcriptome sequencing: recent advances and remaining challenges. - Serena Liu;Cole Trapnell - F1000Research (2016)

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