单细胞测序技术及应用进展

同一组织中的细胞往往被认为是具有相同状态的功能单位,传统的检测手段分析的是细胞群体的总体平均反应。然而通过对单个细胞的DNA或RNA进行测序,表明组织系统层面的功能是由异质性细胞构成的。单细胞测序以单个细胞为单位,通过全基因组或转录组扩增,进行高通量测序,能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达状态,反映细胞间的异质性,在肿瘤、发育生物学、微生物学、神经科学等领域发挥重要作用,正成为生命科学研究的焦点。单细胞测序的难点是单个细胞的分离、单细胞基因组和转录组的扩增。本文主要介绍和分析了单细胞测序技术中常用的单细胞分离技术、单细胞基因组扩增技术和转录组扩增技术及其优缺点,并对当前已经取得成果的应用领域进行了阐述,为单细胞测序技术的研究与应用提供参考。     

单细胞技术与干细胞疗法在心脏疾病研究中的应用

细胞是生命的基本单位,而异质性则是细胞的固有属性之一。单细胞测序技术的出现,为细胞间异质性的探索、新的细胞群的发现、发育轨迹重建的研究提供了便利。目前,单细胞测序技术已在包括心肌梗死、心肌肥大、心力衰竭在内的研究中有了一定的成果。该文综述了单细胞测序的流程,包括样品制备、文库构建和测序分析,回顾了其在心脏疾病中的应用,并讨论了基于干细胞的疗法在临床中的应用前景。     

单细胞测序方法研究进展

近年来,高通量测序技术(Next-generation sequencing,NGS)快速发展,已广泛应用于生命科学各个领域,但传统的混合细胞测序(Bulk cell sequencing)检测的是细胞群体的总平均反应,无法反应每个细胞的真实情况,这会影响研究者对细胞功能认知的准确性。单细胞测序技术(Single cell sequencing,sc-Seq)的出现,从一定程度上解决了传统测序固有的缺陷。单细胞测序是针对单个细胞的RNA或DNA进行测序,能够准确测出单个细胞的基因结构和表达状态,从而分析相同表型细胞的异质性。本文首先介绍单细胞测序的原理、测序类型和测序平台,有助于理解单细胞测序和在进行科研项目时设计合适的项目方案。进一步介绍单细胞转录组测序的分析流程和各种常用的分析工具或软件,并重点阐述单细胞转录组测序分析中的细胞聚类和拟时序分析的原理和研究进展,为进行单细胞转录组测序数据分析提供参考。最后,本文简述了单细胞测序研究热度、单细胞测序的应用、挑战和展望等,有助于更全面地认识单细胞测序。     

单细胞测序技术在干细胞领域的研究进展

细胞异质性是生物体内普遍存在的一种特性,这种特性容易受外界因素的影响,甚至是单一类型的细胞在生长环境发生改变时,其基因表达也可能出现变化并产生差异。干细胞是一类具有无限自我更新和分化潜能的特殊类型的细胞,在胚胎组织发育和成体组织的动态平衡中发挥了重要作用。单细胞测序为分析包括干细胞在内的细胞异质性提供了强有力的工具,这种技术可通过更加准确的方式剖析细胞异质性。该文综述了近年来发展起来的单细胞测序技术,包括单细胞分离、基因组扩增和测序分析,并讨论了它们在干细胞(包括多能干细胞、肿瘤干细胞和组织特异性干细胞)研究中的应用。     

单细胞转录组测序在肿瘤异质性研究及临床中的应用

随着现代生物医学的发展,基因测序技术已经在肿瘤学研究的多个领域得到广泛应用,但对肿瘤整体进行测序往往会掩盖细胞之间的异质性。为了探索单个肿瘤细胞的行为特性,肿瘤细胞异质性已成为从事肿瘤方面研究的科研和临床专家目前共同关注的焦点。单细胞转录组测序能从单个细胞的水平揭示同一肿瘤内不同细胞之间的变异程度与相互联系。随着单细胞分离、二代测序技术的发展,单细胞转录组测序日趋成熟。未来在临床中,单细胞转录组测序技术将会在肿瘤的早期诊断、监测、临床预后以及个体化用药等方面得到越来越广泛的应用。     

单细胞测序技术及其在传染病研究领域中的应用

单细胞测序技术是在单个细胞水平上对基因组或者转录组进行测序,从而分析相同表型细胞的遗传异质性,或获得难以培养微生物的遗传信息。单细胞测序技术的应用已经深刻地改变了我们对一系列生物学现象的理解,包括基因转录、胚胎发育、癌变。对单细胞测序技术的方法和应用进行了概述,并对其在传染病研究中的应用进行了详细介绍。     

单细胞测序技术在肝癌研究中的应用

传统的细胞遗传信息研究方法是对大量混合细胞进行高通量测序,得到一群细胞基因表达的平均值,忽视了细胞间存在的异质性。肝癌作为一种人类常见的恶性致命肿瘤,其内部肿瘤细胞存在高度异质性,群体水平分析无法精确揭示其恶性细胞克隆结构和免疫微环境的细胞种类、状态和亚群分布,因此迫切需要进行单细胞水平的分析,这将有助于深入了解肝癌发病机制,进行精准肝癌分型指导临床治疗。同时发现,新型治疗靶点及有效生物标记物,为肝癌患者今后进行精准诊疗提供参考。本文综述了单细胞基因组和转录物组测序技术在肝癌免疫微环境、肝癌细胞异质性、肝癌细胞演化与诊疗和肝癌转移机制及生物标志物研究中的应用。本文还总结了在肝癌研究中,单细胞多组学测序技术在发现新肿瘤亚群、精确识别肿瘤细胞间的异质性和了解肿瘤微环境构成等方面的优势。     

单细胞光学操纵方法研究进展

随着单细胞测序技术的发展,人们对细胞异质性的关注越来越密切.单细胞操纵是研究细胞异质性的前提.基于光与物质的相互作用可以实现细胞的光学操纵,本文主要综述了激光显微切割、光镊、激光诱导前向转移和光流体等光学操纵方法的原理与应用.光学操纵无需接触,对细胞污染小、损伤小,而且易于和其他技术集成,对单细胞操纵和分析具有重要意义.     

图神经网络在单细胞测序数据上的研究进展

单细胞测序技术使得科研人员能够以细胞级别的分辨率进行基因表达数据分析，以此发现组织(如肿瘤组织或器官组织)中具有异质性的细胞。这项技术对癌症病理学的研究、生命发育过程的探索等起到了重大推动作用。单细胞测序数据有着样本量大、特征多且稀疏的特点，因此近些年一些研究工作尝试使用图神经网络进行单细胞测序数据的挖掘。这些研究工作一般先根据细胞内的基因表达信息将单细胞测序数据转化为细胞图结构，然后使用图神经网络聚合细胞间邻域信息来进行细胞表示学习，并在细胞聚类任务和细胞类型标注任务上取得了很好的效果。本文旨在介绍图神经网络在单细胞测序数据挖掘上的研究进展，并设计实验展示scGNN、scGCN和scDeepSort三个主流的用于单细胞测序数据的图神经网络模型的性能。最后，结合研究进展与实验分析，本文对图神经网络处理单细胞测序数据这一领域的未来研究方向进行了展望，以促进图神经网络更好地服务于单细胞测序数据的挖掘。     

单细胞转录组高通量测序分析新进展

细胞异质性是生物组织的普遍特征。常规转录组测序(RNA-Seq)技术需要上万个细胞,所测结果实际上是一群细胞基因表达的平均值,所以难以鉴别细胞之间基因表达的异质性。单细胞RNA-Seq技术的分辨率精确至单个细胞,为辨别异质性群体中各种细胞类型的转录组特征提供了有力的工具。近年来单细胞RNA-Seq技术发展迅速,在方法学上包括cDNA扩增方法的多样化、对灵敏度和技术噪声的定量分析、浅覆盖高通量单细胞RNA-Seq方法和原位RNA-Seq技术等;在技术应用方面应用范围从早期胚胎发育扩大到组织器官发育、免疫和肿瘤等多个领域。文章对单细胞RNA-Seq在方法学和技术应用两方面的研究进展进行了详细阐述。     

单细胞转录组测序技术新进展及其在造血系统研究中的应用

单细胞测序技术凭借其能全面反映细胞群体异质性这一优势,近年来发展迅速.其中,单细胞转录组测序技术提供了在分子水平上对细胞作分类或表征的替代方法,在发育生物学、神经科学、血液学、免疫及癌症等研究领域均展示出了广泛的应用前景.本文总结了近年来单细胞转录组测序技术的主要发展趋势,并列举了该技术在造血系统中的应用.     

单细胞基因组测序技术新进展及其在生物医学中的应用

随着单细胞基因组测序技术的建立与发展,对细胞基因组特征的分析进入了单细胞水平。单细胞的基因组分辨率不但使研究人员能够在单细胞尺度上分析肿瘤细胞的异质性,也使得传统上难以检测的稀有细胞的基因组研究成为可能。这些稀有细胞往往具有重要的生物学意义或临床价值,如癌症患者血液中循环肿瘤细胞(circulatingtumorcell,CTC)的基因组检测或三代试管婴儿植入前胚胎细胞的遗传缺陷诊断与筛查(preimplantation genetic diagnosis/screening, PGD/PGS)。本文总结了近年来发展的各种单细胞基因组扩增技术及其优缺点,并介绍了单细胞基因组测序技术在肿瘤生物学和临床检测中的应用,以期为单细胞基因组测序技术在临床检测中应用开发提供参考。     

单细胞技术在干细胞研究中的应用

干细胞是具有自我更新和分化潜能的异质性细胞群体。基于细胞群体水平的干细胞研究不能满足深入认识干细胞生物学本质及实际应用的需要。近年来,单细胞相关技术不断发展和成熟,并正在干细胞基础研究及其相关领域中获得迅速应用。该文以造血干细胞为主要例举,就实验研究中常用的单细胞分离、单细胞克隆分析、单细胞移植、单细胞实时定量PCR及单细胞测序等技术原理及其应用进行综述。     

单细胞测序技术在口腔鳞状细胞癌研究中的应用

单细胞测序技术是在单细胞水平上对目标细胞遗传信息进行测序。该技术已应用于众多医学领域,在研究肿瘤细胞的异质性、肿瘤的发生、发展及耐药性等方面具有独特的优势。口腔鳞状细胞癌是高侵袭性头颈部癌之一,其局部复发风险高,存活率低于一般头颈癌组,以手术治疗为主,放射和化学治疗为辅。然而,多数口腔鳞状细胞癌患者预后不佳,存在局部复发和高转移。本文总结了单细胞测序技术的发展及其在口腔鳞状细胞癌研究中的应用,旨在为口腔鳞状细胞癌的精准诊治提供新的见解。     

单细胞全基因组扩增技术与应用

同一组织中的细胞往往具有类似的结构和功能,然而通过对单个细胞进行测序分析后,发现每个细胞都具有一定异质性.单细胞全基因组扩增技术是进行单细胞测序的前提,该技术可用于揭示单细胞基因组结构差异,同时在肿瘤研究、发育生物学、微生物学等研究中发挥重要作用,并成为生命科学研究技术的热点之一.单细胞全基因组扩增技术的难点在于单细胞的分离和全基因组的扩增.本文介绍了单细胞全基因组扩增技术中常用的单细胞分离技术和单细胞全基因组扩增技术,并对各技术间的优缺点进行比较,同时着重讨论该技术在肿瘤研究、发育生物学和微生物学研究中的应用.     

单细胞测序技术在肝脏疾病的应用与展望

新兴的单细胞测序技术能够从单细胞水平揭示基因组、转录组和表观遗传学等分子水平发生的基因变异与表观修饰状态,也可用于鉴定新的细胞类型和表面标记物。这将帮助人们探明疾病发生时细胞基因、转录或表观修饰方面的变化,了解细胞之间的联系,以及深入理解肿瘤异质性。目前,单细胞测序技术已用于多种疾病的研究,其在肝脏疾病,包括肝硬化、肝癌中已有相关成果。于此,综述了单细胞测序技术在肝脏发育及肝病中的应用,讨论了肝脏疾病发生的内在机制以及该技术仍存在的问题,提出可能的解决方案,如发展三维单细胞测序技术将更能帮助人们深刻理解肝脏疾病发生机制。     

单细胞转录组测序在少突胶质谱系细胞异质性与神经系统疾病中的应用

少突胶质细胞是中枢神经系统中形成髓鞘的高度特化的胶质细胞，由少突胶质前体细胞分化而来。长期以来，围绕少突胶质谱系细胞开展的研究主要集中在少突胶质细胞发育、髓鞘形成以及少突胶质谱系细胞在神经系统疾病中的作用等。新兴的单细胞转录组测序技术可以在转录组层面鉴定出特定类型细胞，为少突胶质谱系细胞的研究提供助力。本综述主要关注常见单细胞测序技术的发展以及它们在少突胶质细胞功能异质性和神经系统疾病研究中的应用，并对已取得的成果进行总结阐述，为单细胞测序技术在中枢神经系统疾病中少突胶质谱系细胞相关研究的应用和开发提供思路和参考。     

单细胞测序技术及其在肝脏疾病研究中的应用

近几年来,单细胞测序作为新兴的测序技术,可以从单个细胞的层面解析细胞的基因组和转录组等,突破了以往实验技术的瓶颈,能够反映细胞间的异质性,从而有利于揭示疾病发生发展的机制。肝脏是人体中重要的代谢器官,并在人体的脱氧、糖原储存和分泌蛋白的合成中发挥作用。肝脏在病原体感染、药物、代谢紊乱的影响下容易产生肝炎,炎症持续状态下肝脏机能有可能逐渐恶化导致肝硬化或肝癌等疾病。近几年来,单细胞测序技术在肝病研究中的应用日益增多。本文综述了单细胞测序技术在肝脏生理功能以及若干肝脏疾病中的最新研究进展,以期有助于今后肝病的基础科研以及指导临床肝病的诊治。     

单细胞测序技术及其在乳腺癌研究中的应用

乳腺癌是起源于乳腺各级导管和乳腺上皮细胞,由增生到不典型增生而逐步发展成原位癌、早期浸润癌至浸润性癌的一种恶性肿瘤。传统高通量测序技术对乳腺癌的研究主要是鉴定与乳腺癌发生发展相关的"驱动基因",但是对于乳腺癌基因组结构变化以及亚克隆的鉴定等存在一定的局限性,并且忽略了乳腺癌肿瘤细胞之间的异质性。近年来兴起的单细胞测序技术是以单个细胞为研究对象,对基因拷贝和基因表达等数据进行分析,探究乳腺癌的细胞组成、细胞状态和细胞命运,绘制乳腺癌生态系统图谱,对临床患者进行精准分层,为实现个体化治疗提供支持。同时,还可以揭示乳腺癌与T细胞、巨噬细胞等免疫细胞间的相关性,为发现乳腺癌新的治疗靶点、免疫检查点等提供参考。本文对单细胞测序技术及其在乳腺癌研究中的应用和研究进展进行了综述,以期为单细胞测序技术的进一步发展提供参考,同时为理解乳腺癌的发病机制和免疫治疗提供基础支持。     

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。