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我院郭国骥团队在《Cell》发表单细胞组学里程碑式研究工作

——世界第一张哺乳动物的细胞图谱绘制成型

编辑: 张琪 来源:浙江大学 作者:吴雅兰 柯溢能 时间:2018年02月25日 访问次数:2115

如果你用一个放大镜对着小白鼠看,会看到什么?像葡萄大的眼睛,或是跟我们大拇指一样粗的尾巴。但如果你用浙江大学医学院干细胞与再生医学中心郭国骥教授团队发明的一种秘密武器,就能“看清楚”小白鼠的每一个细胞。

美国当地时间2018222日,国际顶级期刊Cell(《细胞》)杂志在线发表了郭国骥团队的最新研究成果。课题组自主开发了一套完全国产化的Microwell-seq高通量单细胞测序平台,对来自小白鼠近50种器官组织的40余万个细胞进行了系统性的单细胞转录组分析,绘制了世界上第一张哺乳动物细胞图谱。

长久以来,生命科学的研究主要基于群体细胞水平的分析,近几年所涌现的单细胞组学技术,使我们能够从单个细胞的水平上更为精确地解析细胞的分化、再生、衰老以及病变。

论文的最后通讯作者——80后教授、博士生导师郭国骥,自2015年入选“国家青年千人计划”回国开展科研工作,他给我们打了个比方,之前我们能看清楚每个星座的轮廓和基本特征,有了单细胞技术后,现在各国科学家都在努力看清每颗星星的面貌。

“但这项技术面临着成本高、精度低的困境。以肺为例,前人的研究主要集中在肺上皮的若干种细胞。这些信息比较零碎,不利于系统性全面性研究。”

能不能发明一种设备,既能保证高精度又能降低成本呢?郭国骥团队找来不同材料制作捕获细胞的微米级微孔板,结果发现看似普通的常规实验材料琼脂糖有独特的性能优势。在经过近一年的反复试验后,团队设计出了基于琼脂糖材料的高通量单细胞捕获系统。以此为基础研发的Microwell-seq高通量单细胞测序平台,在提升现有单细胞技术精确度的同时,使得单细胞测序文库的构建成本降低了一个数量级。

 “以往分析一个细胞需要100元人民币,而现在我们所研制的平台只需要1元钱。而且精度比美国目前最先进的设备还要高。”

有了这个秘密武器,课题组就能一次性把小白鼠所有细胞都分析清楚。他们对每一种器官内的组织细胞,基质细胞,血管内皮细胞和免疫细胞亚型进行了详细的描述,绘制了一幅精美的“细胞地图”。光是肺这一个器官,图谱就全面揭示了肺里30多种不同类型的细胞。

通过进一步研究,课题组发现来自于不同组织的基质细胞,拥有完全不同的基因表达特征,对组织特异性微环境行使重要的调节作用。

郭国骥介绍说,过去很多研究关注的细胞都很局限,研究肺就是肺泡细胞,研究肝就是肝细胞,而忽视了支持这些细胞发育生长的基质细胞, “这是因为之前很难研究,现在通过我们这套平台把基质细胞都‘抓’出来了。我们就可以对基质细胞有比较透彻的认识,在器官再生时要把基质细胞考虑进去。”

业内专家认为,郭国骥团队所构建的Microwell-seq技术平台,操作简单、成本低廉,必将推动前沿单细胞测序技术在基础科研和临床诊断的普及和应用。同时小鼠细胞图谱的完成也将对下一步人类细胞图谱的构建带来指导性意义,并惠及细胞生物学、发育生物学、神经生物学、血液学和再生医学等多个领域。

论文在CELL的审稿过程中,三位评审专家对这项工作一致性地给出了“impressive”的评价,并认为“小鼠图谱必将成为用途广泛的生物数据资源”。

同时团队构建了小鼠单细胞转录组数据库以及小鼠细胞图谱网站,把研究成果免费分享给大家。这个网站不仅拥有互动性的数据展示和基因搜索界面,还提供了强大的单细胞数据比对系统。任何单细胞表达谱数据都可以通过单细胞比对分析,寻找到它所对应的细胞类型和来源。这套系统将对细胞命运决定的机制性研究,再生医学的移植前细胞鉴定以及临床疾病的细胞水平诊断带来深远的影响,“未来我们有望由此鉴定细胞纯不纯,细胞有没有病变、有何种病变。”