单细胞转录组测序数据分析算法在干细胞研究中的应用

细胞的转录组决定其生理状态,每个细胞的转录组都是唯一的。借助单细胞转录组测序可分析单个干细胞的转录组特征,通过进一步的运算方法可以根据转录组特征对细胞进行细胞状态测定以及系谱分化特征的重建,在干细胞及组织发育研究中发挥了强大的作用,推动了其快速发展,加速了对干细胞分化及组织发育的相关过程及调控路径的认识。尤其是在干细胞领域的应用,得益于新算法的发展,单细胞转录组测序分析可用来阐述干细胞的起源、异质性,尤其是对干细胞的分化过程进行连续观察。本文主要对应用于干细胞分化相关研究的单细胞转录组测序数据新的算法及其应用进行了综述。     

肿瘤干细胞

干细胞和肿瘤细胞在生物学特性和传导调控途径及机制等诸多方面有着极其相似的生物学行为,从而将干细胞理论应用于肿瘤学研究领域产生肿瘤干细胞理论。近年来研究认为,肿瘤干细胞是决定肿瘤发生发展及转归的一群主要细胞群体,该细胞群体很有可能起源于干细胞的突变。该文介绍干细胞、肿瘤细胞和肿瘤干细胞之间的相互作用及其关系。     

中国细胞重编程和多能干细胞研究进展

近几十年是干细胞领域飞速发展的重要时期。随着中国经济实力的发展壮大,科研实力也在稳步增强,干细胞研究领域达到了国际并跑甚至领跑的水平。本文从体细胞核移植、诱导多能干细胞、单倍体多能干细胞和胚胎早期发育研究4个方面,对中国细胞重编程和干细胞领域的研究进展进行了历史性回顾,总结了中国科学家在相关领域所取得的重要科研成果。随着单细胞测序技术的发展,各种发育过程将实现更为深入的解读,干细胞的临床应用在中国也会大放异彩。     

单细胞技术在干细胞组织修复与药物研发中的应用

近十几年来,单细胞技术飞速发展,突破了传统疾病只能对细胞群体进行研究的局限,将分辨率精确到单个细胞,解决了细胞异质性以及生物材料的低获取量等问题。该综述侧重介绍单细胞技术的方法学进展,并且详细阐述了其在干细胞组织修复药物研发中的最新进展,有助于读者了解如何利用单细胞技术寻找组织修复和相关疾病发生、发展中的特定干细胞群落和研究相关生理病理机制,并针对相关疾病建立二维(two-dimensional, 2D)和三维(three-dimensional, 3D)的体外新药筛选模型,从而进行高通量药物筛选。     

肝干细胞的几个生物学问题

对肝干细胞的认识,自卵圆细胞发现以来已经经历了五十多年。期间许多的研究提示和证明肝干细胞具有很好的生物医学应用前景。近年来,肝干细胞的概念已被广泛接受和认可,肝干细胞的生物学特性及其医学应用的探索也成为了研究的热点。目前在该领域中,主要以肝干细胞存在的位置、与其所处微环境的相互作用、肝干细胞的分子标记以及其分化特性等方面备受关注。肝干细胞的研究为肝脏疾病及其他相关疾病的治疗带来了新希望。然而,肝干细胞研究的过程中仍存在很多未解的问题,因此将肝干细胞研究引入临床应用则还需要更加深入的探索。     

造血干细胞功能异质性研究的“金标准”——单细胞移植技术的建立和优化

造血干细胞(HSC)是发现最早、在临床中广泛应用并一直发挥范式作用的一类重要的成体组织干细胞.HSC是一个由不同功能亚群组成的高度异质性群体,其自我更新和多向分化潜能主要通过HSC移植这一"金标准"的实验流程来评估和判断.细胞群体水平的研究无法深入探讨其生物学功能,从而使HSC单细胞水平的研究成为必需.为了更好地研究HSC的异质性,本文将详细介绍HSC单细胞移植实验流程及结果检测和分析,旨在促进相关科研人员对于单细胞移植适用性的了解以及具体实验操作的掌握,客观评判具有高度异质性干细胞群体功能,为其他具有高度异质性的干细胞群体的功能研究和评价提供例举和参考.     

干细胞向骨骼肌细胞的诱导分化及其在治疗骨骼肌病变中的应用

随着干细胞技术、生物材料及组织工程技术的日趋发展,专家和学者的研究不仅强调对细胞生长的调控及机制,而且越来越注重其临床应用的潜能。运用组织工程和干细胞等技术重建和再生骨骼肌可以为肌肉相关疾病的治疗带来新的希望。干细胞是一类具有自我复制和多向分化潜能的细胞,在合适的培养条件或给予合适的信号时,干细胞可以分化为多种不同形态和功能的成熟细胞,也因此在骨骼肌重建和疾病治疗中得到广泛研究。该文就干细胞向骨骼肌细胞的分化及机制、干细胞作为骨骼肌组织工程的种子细胞以及在骨骼肌疾病治疗中的应用和前景作一综述。     

单细胞测序和基因编辑技术在造血干细胞研究中的应用

造血干细胞对血液系统稳态维持发挥着至关重要的作用,它通过自我更新以维持自身不被耗竭,同时通过定向分化,补充各类功能血液细胞。当造血干细胞自我更新和定向分化出现问题,就会产生一系列造血系统疾病,例如髓系白血病、淋系白血病和骨髓增生性疾病等。关于造血干细胞的衰老和疾病变迁的调控机制一直是研究的热点。作为异质性细胞群,造血干细胞命运受到细胞内调控因子、细胞外生长因子、细胞外基质蛋白等多种因素调控,这是一个高度复杂且精确的调控过程。单细胞测序技术的发展,可以在单细胞水平从基因组、转录组、表观遗传组和蛋白质组等方面了解造血干细胞的命运调控网络。利用基因编辑技术可以建立多种基因修饰动物模型,不仅可以用于基因功能研究,也可以用于评价造血干细胞的安全性。此外,基因修饰动物模型结合单细胞测序技术,还能对造血干细胞实现命运示踪和调控分析。单细胞测序和基因编辑等新技术的应用,极大地推动了造血干细胞相关研究的进展。本文将从这些新技术在造血干细胞研究领域中的应用和存在的问题进行阐述,方便大家了解这些技术的优缺点,以便在以后的应用中提供帮助。     

单细胞转录组技术及其在人类细胞图谱构建中的应用

单细胞转录组技术在单细胞水平上进行转录组测序,提供了单个细胞的基因表达差异信息,使在单细胞尺度下研究个体细胞、相关环境细胞及其相互作用的机理成为可能.近年来,单细胞转录组技术在c DNA扩增原理上经历了从末端加尾、体外逆转录到模板置换的方法发展,大大提高了基因检测的数量、基因表达的准确性等.同时,在单细胞选取方式上进行了从96/384孔板到油包水液滴以及纳米微孔的创新,在提高通量和重复性的同时降低了整体实验成本.单细胞转录组技术广泛应用于细胞群体分类和异质性研究,推动了从发育生物学到正常、病态组织细胞图谱的构建.本文对单细胞转录组技术近年的技术进展以及在人类细胞图谱构建中的应用进行了综述.     

干细胞的异常分化与肿瘤发生

干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞群体。越来越多的研究表明,干细胞异常分化可导致肿瘤。并且在肿瘤组织中存在部分细胞,它们具有干细胞的多种特性,被称为肿瘤干细胞(cancer stem cell,CSC)。肿瘤干细胞理论的提出,为肿瘤的治疗与研究提供了新的方向。本文综述了正常干细胞异常分化、肿瘤干细胞的存在和特性、肿瘤干细胞靶向治疗的前景及所面临的问题等方面的研究进展。     

颌下腺导管细胞与胶原海绵细胞相容性的实验研究

为探讨胶原海绵对颌下腺 (submandibulargland ,SMG)导管细胞的细胞相容性 ,采用HE染色光镜观察及免疫组化观察SMG导管细胞接种于胶原海绵后 ,细胞的生长情况。光镜下可见接种后第 1d细胞数量较少 ,分散于胶原海绵支架中间 ,第 7d细胞数量明显增加 ,免疫组织化学染色抗IV型胶原抗体染色呈阳性 ,说明细胞与支架材料之间已经有细胞外基质产生。胶原海绵具有良好的细胞相容性 ,是一种理想的支架材料。与胶原海绵复合培养 ,颌下腺导管细胞仍可保持良好的增殖能力。     

Determining Cell Number During Cell Culture using the Scepter Cell Counter

Counting cells is often a necessary but tedious step for in vitro cell culture. Consistent cell concentrations ensure experimental reproducibility and accuracy. Cell counts are important for monitoring cell health and proliferation rate, assessing immortalization or transformation, seeding cells for subsequent experiments, transfection or infection, and preparing for cell-based assays. It is important that cell counts be accurate, consistent, and fast, particularly for quantitative measurements of cellular responses.Despite this need for speed and accuracy in cell counting, 71% of 400 researchers surveyed¹ who count cells using a hemocytometer. While hemocytometry is inexpensive, it is laborious and subject to user bias and misuse, which results in inaccurate counts. Hemocytometers are made of special optical glass on which cell suspensions are loaded in specified volumes and counted under a microscope. Sources of errors in hemocytometry include: uneven cell distribution in the sample, too many or too few cells in the sample, subjective decisions as to whether a given cell falls within the defined counting area, contamination of the hemocytometer, user-to-user variation, and variation of hemocytometer filling rate².To alleviate the tedium associated with manual counting, 29% of researchers count cells using automated cell counting devices; these include vision-based counters, systems that detect cells using the Coulter principle, or flow cytometry¹. For most researchers, the main barrier to using an automated system is the price associated with these large benchtop instruments¹.The Scepter cell counter is an automated handheld device that offers the automation and accuracy of Coulter counting at a relatively low cost. The system employs the Coulter principle of impedance-based particle detection³ in a miniaturized format using a combination of analog and digital hardware for sensing, signal processing, data storage, and graphical display. The disposable tip is engineered with a microfabricated, cell- sensing zone that enables discrimination by cell size and cell volume at sub-micron and sub-picoliter resolution. Enhanced with precision liquid-handling channels and electronics, the Scepter cell counter reports cell population statistics graphically displayed as a histogram.     

Cell Physician: Reading Cell Motion

Cell motility is an essential phenomenon in almost all living organisms. It is natural to think that behavioral or shape changes of a cell bear information about the underlying mechanisms that generate these changes. Reading cell motion, namely, understanding the underlying biophysical and mechanochemical processes, is of paramount importance. The mathematical model developed in this paper determines some physical features and material properties of the cells locally through analysis of live cell image sequences and uses this information to make further inferences about the molecular structures, dynamics, and processes within the cells, such as the actin network, microdomains, chemotaxis, adhesion, and retrograde flow. The generality of the principals used in formation of the model ensures its wide applicability to different phenomena at various levels. Based on the model outcomes, we hypothesize a novel biological model for collective biomechanical and molecular mechanism of cell motion.     

细胞提取物重编程研究进展

体细胞重编程是在特定的条件下使已分化的细胞转变成为另一种细胞.体细胞重编程的方式主要有体细胞核移植技术、细胞融合技术、细胞提取物处理技术及特定转录因子转染技术.现有研究表明,细胞提取物重编程技术在体细胞重编程中发挥着一定的作用,为此,就该技术的最新研究进展和可能机制作一综述.     

Cell Cycle Markers for Live Cell Analyses

Many cellular processes are regulated by cell cycle dependent changes in protein dynamics and localization. Studying these changes in vivo requires methods to distinguish the different cell cycle stages. Here we demonstrate the use of DNA Ligase I fused to DsRed1 as an in situ marker to identify S phase and the subsequent transition to G2 in live cells. Using this marker, we observed changes in the nuclear distribution of Dnmt1 during cell cycle progression. Based on the different nuclear distribution of DNA Ligase I and Dnmt1 in G2 and G1, we demonstrate that the combination of both proteins allows the direct discrimination of all cell cycle phases using either immunostainings or fusions with fluorescent proteins. These markers are new tools to directly study cell cycle dependent processes in both, fixed and living cells.