单细胞测序的“纳米级捕手”诞生！深企牵头发布的国产细胞组学新技术登上国际顶刊

（视频编辑 王茜垚）

一项关于单细胞测序技术的重要创新成果在8月22日凌晨登上国际顶级学术期刊《科学》。

由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”）联合多家机构发布了细胞组学技术Stereo-cell。

据悉，Stereo-cell实现了多模态整合、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，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劲的支撑。该技术的发布推动了单细胞测序迈向兼顾多模态信息、具备“立体洞察”能力的时代，标志着中国在细胞组学技术领域取得原创性引领成果。在该成果发布的同时，实验室发起成立“百亿细胞联盟（10BC）”。

论文成果截图。图源：《科学》

单细胞测序是生物学中在单个细胞水平解析基因序列、结构及表达的高通量测序技术，用于揭示细胞间遗传信息差异，主要应用于肿瘤研究与遗传变异分析。但是，现有的单细胞测序技术存在局限性——要么漏掉某些细胞，要么抓不住细胞形态，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。

细胞组学技术Stereo-cell通过高密度DNA纳米球阵列芯片、整合荧光染色和抗体标记技术的研发，以及原位动态监测、兼容极限样本的技术突破，实现复杂研究场景下，细胞的精准捕获和细胞所处环境全貌信息的获取。

Stereo-cell技术特点总结。图源：《科学》

具体而言，传统技术通过微流控通道捕获细胞，而在Stereo-cell技术中，采用了高密度DNA纳米球阵列。这些DNA纳米球直径仅220nm，它们以500nm的间距密集排列在芯片上，相当于一批“纳米级捕手”，通过静电吸附捕获每一个细胞。因此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，结合显微成像及空间定位，Stereo-cell在捕获的同时，对每一个细胞做了一次“CT扫描”和“GPS定位”，精准识别每个细胞，避免因多个细胞重叠或背景杂乱导致的误判。

Stereo-cell基于DNA纳米球芯片建立实验流程，实现宽幅细胞投入通量。图源：《科学》

研究团队表示，Stereo-cell支持从0.5cm×0.5cm至6cm×6cm的不同尺寸芯片规格，可以实现从百个到百万个量级细胞投入的超宽通量范围，且能够在一次实验中从大规模样本中识别出稀有细胞亚群，即便占比仅0.05%的稀有细胞也能被精准找到，真正实现“大海捞针”。同时，Stereo-cell芯片最大尺寸可达13cm×13cm，具备更大细胞通量潜能。

捕获和识别只是第一步。为了掌握更多细胞信息，Stereo-cell技术还通过整合荧光染色和抗体标记技术，在识别细胞类型的同时捕捉其功能状态。比如，它可以帮助研究人员揭示不同免疫细胞的活化状态，找到仅靠RNA分析无法识别的表型差异，相当于给细胞拍了一张“多模态立体照片”。

Stereo-cell通过整合荧光染色和抗体标记技术实现多模态捕获。图源：《科学》

记者了解到，Stereo-cell的创新还在于支持细胞原位动态监测。在捕获细胞的芯片上，可以直接培养细胞，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。

另外，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。

基因组多维解析技术全国重点实验室徐讯研究员、陈奥研究员、刘龙奇研究员为论文共同通讯作者，廖莎研究员、周小熙博士、刘传宇研究员、刘畅副研究员、郝世杰博士、罗红玉为该论文共同第一作者。

在成果发布的同时，实验室基于Stereo-cell技术平台，携手18家机构共同发起成立“百亿细胞联盟（10BC）”。据悉，该联盟将构建包括生命图谱、疾病图谱和扰动响应图谱在内的“三大细胞宇宙数据库”，推进细胞AI大模型与虚拟细胞系统研发。一场生命科学领域，从生物数据储备到智能技术驱动的产业革新就此启航。

编辑 高原 审读 伊诺 二审 张玉洁 三审 徐雅乔