平均年齡27歲的浙大團隊自主研發單細胞測序平台

讓單細胞分析價格從百元降低至2元,精度比美國目前最先進的設備還高

郭國驥團隊

小鼠細胞圖譜

【《浙大教授繪製出全球首個哺乳動物細胞圖譜》後續】

近日,國際頂級期刊CELL(《細胞》)雜誌發表了浙江大學醫學院幹細胞與再生醫學中心郭國驥團隊的最新研究成果:課題組自主開發了一套完全國產化的Microwell-seq高通量單細胞測序平台,對小白鼠近50種器官組織的40餘萬個細胞進行了系統性的單細胞轉錄組分析,繪製了世界上第一張哺乳動物細胞圖譜。

昨天,浙江大學召開新聞發布會,郭國驥團隊對科研成果進行了進一步的說明。其實,在這張圖譜背後所構建的Microwell-seq技術平台,將會推動前沿單細胞測序技術在基礎科研和臨床診斷的普及和應用。同時小鼠細胞圖譜的完成也將對下一步人類細胞圖譜的構建帶來指導性意義,並惠及細胞生物學、發育生物學、神經生物學、血液學和再生醫學等多個領域。

「看清楚」小白鼠的每一個細胞

如果用一個放大鏡對著小白鼠,會看到什麼?郭國驥教授團隊發明的一種秘密武器,能「看清楚」小白鼠的每一個細胞。

有了這個秘密武器,課題組就能一次性把小白鼠所有細胞都分析清楚。他們對每一種器官內的組織細胞、基質細胞、血管內皮細胞和免疫細胞亞型進行了詳細的描述,繪製了一幅精美的「細胞地圖」。光是肺這一個器官,圖譜就全面揭示了肺里30多種不同類型的細胞。通過進一步研究,課題組發現來自於不同組織的基質細胞,擁有完全不同的基因表達特徵,對組織特異性微環境行使重要的調節作用。

郭國驥說,過去很多研究關注的細胞都很局限,研究肺就是肺泡細胞,研究肝就是肝細胞,而忽視了支持這些細胞發育生長的基質細胞,「這是因為之前很難研究,現在通過我們這套平台把基質細胞都『抓』出來了。我們就可以對基質細胞有比較透徹的認識,在器官再生時把基質細胞考慮進去。」

同時,團隊構建了小鼠單細胞轉錄組資料庫以及小鼠細胞圖譜網站,把研究成果免費分享給大家。這個網站不僅擁有互動性的數據展示和基因搜索界面,還提供了強大的單細胞數據比對系統。任何單細胞表達譜數據都可以通過單細胞比對分析,尋找到它所對應的細胞類型和來源。這套系統將對細胞命運決定的機制性研究,再生醫學的移植前細胞鑒定以及臨床疾病的細胞水平診斷帶來深遠的影響,「未來我們有望由此鑒定細胞純不純、有沒有病變、有何種病變。」

單細胞分析價格從百元降低至2元

在這張圖譜背後,還顯現了一個重要的信息——單細胞分析成本可以降低。

郭國驥介紹,長久來,生命科學的研究主要基於群體細胞水平的分析,近幾年所湧現的單細胞組學技術,使我們能從單個細胞的水平上更為精確地解析細胞的分化、再生、衰老以及病變。「但這項技術面臨著成本高、精度低的困境。以肺為例,前人的研究主要集中在肺上皮的若干種細胞。這些信息比較零碎,不利於系統性全面性研究。」郭國驥說,他們當時就在想,能不能發明一種設備,既能保證高精度又能降低成本。團隊成員找來不同材料製作捕獲細胞的微米級微孔板,結果發現看似普通的常規實驗材料瓊脂糖有獨特的性能優勢。

經過近一年的反覆試驗後,團隊設計出了基於瓊脂糖材料的高通量單細胞捕獲系統。以此為基礎研發的Microwell-seq高通量單細胞測序平台,在提升現有單細胞技術精確度的同時,使得單細胞測序文庫的構建成本降低了一個數量級。

「以往分析一個細胞要100元,現在我們研製的平台只要2元。精度比美國目前最先進的設備還要高。」郭國驥說。

不僅科研做得好還是一名原創歌手

「我們這支團隊的平均年齡只有27歲。」浙江大學醫學院常務副院長李曉明說,核心人物郭國驥是名80後,2014年由浙江大學高層次人才引進計劃從哈佛大學醫學院引進並全職回國,是浙江大學最年輕的教授之一。2015年入選中組部「國家青年千人計劃」,「不到4年,他就帶著90後創造了一項科研驚喜。」

更令人驚訝的是,郭國驥不僅科研做得好,而且在音樂方面也極有才華。在武漢大學讀本科時,就參加了武漢高校原創音樂比賽,還擠進總決賽前十強。後來曾有演藝公司找他簽約,但他經過仔細的斟酌,還是決定把科學研究作為人生目標,將音樂作為興趣愛好。

在中國原創音樂基地,郭國驥有自己的主頁,上面都是他早年創作錄製的多首原創音樂,作品包括《信念》《期待》《友愛》……人氣值最高的達19萬+。「其實,科研與音樂是相通的,都需要有靈感。」郭國驥說。

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