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作者与发表信息
本研究由Grace X.Y. Zheng、Jessica M. Terry等多名作者共同完成，研究团队主要来自10x Genomics Inc.、Fred Hutchinson癌症研究中心等机构。研究论文于2017年1月16日发表在《Nature Communications》期刊上，DOI为10.1038/ncomms14049。
学术背景
单细胞转录组分析（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）是理解复杂生物系统的关键工具。然而，现有的scRNA-seq方法在扩展到数万个细胞时面临技术挑战，例如通量限制和细胞捕获效率低。本研究旨在开发一种基于微滴（droplet-based）的高通量单细胞转录组分析系统，以克服这些限制，并实现对大规模单细胞样本的高效分析。
研究流程
1. 系统开发与验证
研究团队开发了一种基于微滴的单细胞转录组分析系统，能够在几分钟内对数万个单细胞进行封装。该系统使用8通道微流控芯片，单次运行可处理多达8个样本，细胞捕获效率约为50%。为了验证系统的技术性能，研究团队从29个样本中收集了约25万个单细胞的转录组数据，并使用细胞系和合成RNA验证了系统的灵敏度和检测稀有细胞群体的能力。
技术性能测试
研究团队通过混合人类（293T）和小鼠（3T3）细胞，评估了系统的技术性能。结果显示，每个细胞平均检测到约4500个基因和27000个转录本，且技术变异率较低。此外，通过加载外部RNA控制联盟（ERCC）的合成RNA，研究团队验证了系统的cDNA转换效率，并发现技术变异占总变异的约50%。
大规模免疫群体分析
研究团队对来自健康供体的6.8万个外周血单个核细胞（PBMCs）进行了转录组分析，展示了系统在解析大规模免疫群体方面的能力。通过主成分分析（PCA）和t-SNE可视化，研究团队识别了10个不同的细胞簇，包括T细胞、B细胞、NK细胞和单核细胞等主要免疫细胞类型。
移植样本的宿主与供体嵌合分析
研究团队开发了一种基于转录组数据的计算方法，用于在单细胞分辨率下区分骨髓移植样本中的宿主和供体细胞。通过分析急性髓性白血病（AML）患者的骨髓单个核细胞（BMMCs），研究团队展示了该方法在监测移植后嵌合状态和亚群变化中的应用。
主要结果
1. 系统性能
研究团队开发的微滴系统在细胞捕获效率、通量和灵敏度方面均优于现有方法。每个细胞平均检测到的基因和转录本数量表明，该系统能够高效地分析大规模单细胞样本。
免疫群体解析
对6.8万个PBMCs的转录组分析成功识别了多种免疫细胞类型及其亚群，包括T细胞、B细胞和单核细胞等。研究结果展示了系统在解析复杂免疫群体方面的强大能力。
移植嵌合分析
通过分析AML患者的BMMCs，研究团队能够在单细胞水平上区分宿主和供体细胞，并监测移植后的嵌合状态。这一方法为临床移植监测提供了新的工具。
结论
本研究开发了一种高通量、高效率的单细胞转录组分析系统，能够对数万个单细胞进行快速、准确的转录组分析。该系统在免疫群体解析和移植嵌合分析中的应用展示了其广泛的科学和临床价值。研究结果为单细胞转录组学领域提供了重要的技术突破，并为未来的研究和临床应用奠定了基础。
研究亮点
1. 高通量单细胞分析：系统能够在几分钟内对数万个单细胞进行封装和分析，显著提高了单细胞转录组学的通量和效率。 2. 高细胞捕获效率：系统的细胞捕获效率约为50%，优于现有方法，特别适用于细胞数量有限的样本。 3. 移植嵌合分析：开发了一种基于转录组数据的新方法，能够在单细胞水平上区分宿主和供体细胞，为临床移植监测提供了新工具。
其他有价值的内容
研究团队还展示了系统在分析冷冻保存样本中的适用性，表明该系统可以用于分析冷冻保存的临床样本。此外，研究团队开发的Cell Ranger分析流程为单细胞转录组数据的处理和分析提供了高效的解决方案。