每个细胞都能被“GPS定位”，华大发布Stereo-cell技术

深圳商报·读创客户端首席记者 袁静娴

在生命科学领域，单细胞测序技术就像一把“精密手术刀”，让科学家得以剖析每个细胞的分子特征，为深入理解生命的复杂性提供独特视角。然而，现有的单细胞测序技术的局限性往往需要科学家做出取舍：要么漏掉某些细胞，要么抓不住细胞形态。这便导致在应对一些复杂研究场景时，现有技术就如同“盲人摸象”般看不到细胞所处环境的全貌信息。

北京时间8月22日凌晨，华大生命科学研究院牵头建设的基因组多维解析技术全国重点实验室（简称“实验室”）联合多家机构，在国际顶级学术期刊《科学》（Science）发布全球领先的细胞组学技术Stereo-cell，颠覆性实现多模态整合、原位动态捕捉、极限样本兼容、百万级通量等技术突破，打破了传统单细胞测序技术局限。

该技术的发布标志着中国在细胞组学技术领域取得原创性引领成果，推动单细胞测序摆脱往往只能获取单一分子层面信息的“平面解析”模式，迈向兼顾多模态信息具备“立体洞察”能力的脱“单”时代，将为规模化开展细胞病理、发育与衰老、免疫与疾病、动植物遗传与进化等前沿研究提供强有力的支撑。

Stereo-cell基于高密度DNA纳米球（DNB）阵列芯片，在无需依赖特定设备进行细胞分隔封装的情况下，直接对细胞进行原位捕获和转录组测序，实现从百个至百万个量级细胞的无偏捕获，同步解析细胞的转录、蛋白信号与形态学信息，并兼容原位培养、异形细胞等特殊需求，推动单细胞组学技术进入高通量、多维度、可操控的新发展阶段。

同时，基于Stereo-cell技术平台，实验室联合18家机构共同成立“百亿细胞联盟（10 Billion Cells Alliance, 10BC）”。该联盟旨在绘制细胞图谱，构建虚拟细胞，深度解码生命底层规律，推动生命科学实现从生物数据储备到智能技术驱动的产业革新。

从“漏网之鱼”到“纳米级捕手”

目前单细胞研究领域最主流的技术之一是基于液滴微流控的高通量单细胞测序技术。但微流控通道对不同细胞的捕获偏好不同，容易“偏心”某些细胞类型，还可能丢失细胞形态等关键信息。

Stereo-cell的核心是高密度DNA纳米球阵列，直径仅220nm的小球以500nm的间距密集排列在芯片上，就像一批纳米级别的“捕手”，直接通过静电吸附即可捕获细胞，避免了传统方法中因物理限制导致的细胞丢失或变形问题。

此外，通过结合显微成像及空间定位，Stereo-cell对每一个细胞做了一次“CT扫描”和“GPS定位”，能在一张密密麻麻的细胞“集体照”中精准识别每个细胞，可以避免因多个细胞重叠或背景杂乱导致的误判。研究显示，Stereo-cell生成的单细胞基因表达谱与传统平台获得的数据高度一致，且细胞类型比例更契合真实情况。

给细胞拍一幅“立体照片”

对于识别出的细胞，能不能既掌握它的外形特征，又清楚它是什么类型，还了解它有哪些功能？

通过整合荧光染色和抗体标记技术，Stereo-cell使得同时捕获细胞形态、转录本和细胞表面蛋白成为可能，相当于给细胞拍了一张“多模态立体照片”，在识别细胞类型的同时捕捉其功能状态。这不仅帮助研究人员揭示了不同免疫细胞的活化状态，还找到了仅靠RNA分析无法识别的表型差异。

“一次实验就能捕获百万数量细胞，并且获取形态、转录和蛋白特征，实现更深度地解析细胞的病理状态。”文章共同第一作者、华大生命科学研究院刘传宇研究员表示，“毋庸置疑，Stereo-cell是单细胞组学迈向临床细胞组学的里程碑，有望在疾病机制研究和临床转化中发挥巨大潜力。”

细胞变化的“实时直播”

Stereo-cell支持细胞直接在芯片上培养，实现原位动态测序，捕捉基因转录活性变化，并保留空间位置及时序变化信息。

例如，在芯片上培养成纤维细胞的研究中，Stereo-cell不仅捕获了细胞迁移和纤维化过程中的基因表达变化，还解析了细胞外囊泡的时空分布规律，以及真实物理接触细胞间的互作信号。这为理解细胞间通讯打开了全新视角，极大扩展了单细胞测序研究的边界，如应用于大规模药物筛选和小分子扰动实验等。

对于传统技术难以处理的复杂结构和大细胞，Stereo-cell也展现出独特的优势。例如，在骨骼肌纤维研究中，Stereo-cell能精准区分不同功能区域的基因表达，揭示肌纤维的空间异质性；在卵细胞研究中，Stereo-cell可高通量地原位捕获719个卵母细胞，绘制其从生长到成熟过程中的基因表达变化、染色质形态动态和RNA亚细胞空间分布等。

研究团队表示，Stereo-cell的诞生，不仅首次摆脱了传统液滴分隔与微流控技术的限制，让科学家能在纳米尺度上看到细胞的“故事”，更是中国科学家为解析生命密码打造的新“钥匙”，将为生命科学和医学带来革命性的突破。

（图片由华大提供）