单细胞技术发展史

发展史

单细胞转录组学是目前最成熟，应用最广泛的单细胞技术。此技术最早可以追溯到2009年汤富酬老师开发的单细胞mRNA分析技术¹，此技术发表在Nature Methods，由于此技术需要对单个细胞进行操作，无法进行批量分析。2011年，Islam et al. 通过将单个细胞分在96孔板中并进行不同标记，采用PCR进行扩增之后测序实现了同时对多个单细胞进行测序。后续测序技术多基于这一理念，采用不同的方式分析标记单细胞之后提取mRNA测序。经过十多年的发展，单细胞转录组测序技术的通量从开始的一个到现在的数十上百万个细胞，测序成本也一降再降。如今，scRNA是旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家，成为转录组分析不可缺少的一部分。

上图来源于参考文献²³

主要技术

目前主流的单细胞技术有各自适用的场景和优势：

1.Smart-seq2

Smart-seq2是Single-cell RNA sequencing（单细胞RNA测序）领域的一项关键技术。它通过改进cDNA合成步骤，提高了覆盖范围和灵敏度，使得从单个细胞中获取更多RNA信息。

2.10x Genomics Chromium

10x Genomics Chromium是一种商业化的单细胞测序平台。它通过将每个细胞的RNA分子与独特的分子条码关联起来，从而实现对大量单细胞的高通量测序。这种方法适用于大规模的单细胞研究。

3.Drop-seq

Drop-seq使用微流控芯片将单个细胞和微珠（beads）结合，每个微珠上带有一个独特的分子条码。这种方法可以高通量地捕获和测序大量单细胞。

4.sciRNA-seq

Single-cell combinatorial indexing RNA sequencing（sciRNA-seq）使用分子条码和样品条码来对细胞和样品进行标记，实现对多个样品和多个细胞的同时分析。

5.CEL-seq

CEL-seq（Cell Expression by Linear amplification and Sequencing）是一种使用线性扩增的方法，通过引入Barcode和UMI（Unique Molecular Identifier）来标识每个RNA分子，从而实现对单细胞的测序。

6.inDrops

inDrops（indexing Droplets）是一种结合微流控和分子条码的技术，可以在液滴中处理单个细胞，实现高通量的单细胞RNA测序。

7.Microwell-seq

Microwell-seq利用微孔板来捕获和隔离单个细胞，通过引入分子条码来标识每个RNA分子，是一种低成本的单细胞测序方法。

下一步我们将重点介绍10x Genomics和Smart-seq2的分析方法。

参考文献

1.Tang F, Barbacioru C, Wang Y, Nordman E, Lee C, Xu N, Wang X, Bodeau J, Tuch BB, Siddiqui A, Lao K, Surani MA. mRNA-Seq whole-transcriptome analysis of a single cell. Nat Methods. 2009 May;6(5):377-82.
2.Wu X, Yang B, Udo-Inyang I, Ji S, Ozog D, Zhou L, Mi QS. Research Techniques Made Simple: Single-Cell RNA Sequencing and its Applications in Dermatology. J Invest Dermatol. 2018 May;138(5):1004-1009.
3.Jovic D, Liang X, Zeng H, Lin L, Xu F, Luo Y. Single-cell RNA sequencing technologies and applications: A brief overview. Clin Transl Med. 2022 Mar;12(3):e694.