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抢占新技术红利,用FFPE样本轻松发SCI

抢占新技术红利,用FFPE样本轻松发SCI

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过去几年一直是高通量单细胞发文的“黄金期”。但由于近几年的技术创新乏善可陈,且受限于新鲜样本检测,单细胞领域发文章越来越难了。


近期,小编在 Nature Communications 挖掘到一篇宝藏文章《High-throughput single nucleus total RNA sequencing of formalin-fixed paraffin-embedded tissues by snRandom-seq》,文章描述了一种新的基于随机引物的高通量单细胞核测序技术snRandom-seq,并成功应用于石蜡包埋组织(FFPE)的检测,该研究成果的发布成为了全球首篇FFPE高通量单细胞的SCI


这篇文献中的技术有哪些过人之处?能为实验人员在FFPE单细胞研究上带来哪些新思路?读完全文,相信下一个发高分文献的人就是你。



实验原理全面解析,快速了解新技术


snRandom-seq是一种利用随机引物进行原位逆转录,之后再进行单细胞核标记的方法(图1),解决了FFPE样本RNA降解没有poly(A)结构以及蛋白质与核酸交联的难题,实现FFPE样本的高通量单细胞转录组测序。这个过程如何实现的呢?根据文章描述,作者使用了国内单细胞测序公司M20 Genomics自主研发的试剂平台。

图1. snRandom-seq技术进行FFPE样本检测的原理及流程


将snRandom-seq应用于一个保存2年左右的MTM肝癌亚型FFPE样本,发现了一个增殖和激活的肝细胞亚群,高表达增殖标记物,其中大部分细胞处于G2M期。


图2. snRandom-seq在MTM肝癌FFPE人类标本标本中发现了一个增殖亚群


snRandom-seq具有全转录组覆盖的优势。snRandom-seq检测发现,肝细胞簇显著表达lncRNA,且不同肝细胞簇表达的lncRNA存在差异,提示可能存在不同的发病机制。


图3. snRandoy-seq在人肝癌FFPE标本亚群中检测到不同的lncRNA


对结直肠癌肝转移患者的一对原发和复发的FFPE样本进行了snRandom-seq检测。发现复发样本有更活跃的抗肿瘤免疫反应,高表达脂质代谢的癌细胞簇比例增加。


图4. snRandom-seq显示了原发和复发的FFPE标本的细胞异质性


文章显示,snRandom-seq双胞率低、基因捕获灵敏度高,5’-3’覆盖度均一,在单细胞水平、单基因水平的覆盖表现良好;在FFPE样本中可捕获全转录组的全长信息,适合进行RNA速率分析、非编码RNA分析等。snRandom-seq探究小鼠以及人临床肿瘤FFPE样本的细胞异质性中,可进行精细的分群以及生物功能预测。



拓展科研思路,高分SCI信手拈来


福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)是临床检验、随访主要的样本保存方式,构成了数量庞大且具有巨大价值的临床资料库。临床研究者对于FFPE样本,可以说又恨又爱,一方面FFPE样本具有诸多优势:保存温度要求低、保存时间长、样本可及性强、运输方便,在需要检测的时候,几乎可以随时获得,可与丰富的临床数据相关联,例如病理诊断数据等;并且可进行免疫组化等蛋白水平分析,可与基因组、转录组等测序数据进行多组学综合分析


但是要从这“小小”的石蜡切片中提取出高质量基因组,并构建出信息完整、无偏好、可用于后续各类组学研究的文库,则是“大大”的难题。由于FFPE样本存在核酸降解、蛋白质与核酸交联的问题,基于poly(A)捕获的传统单细胞技术对FFPE样本也是束手无策。


snRandom-seq在FFPE样本领域的重大应用突破,为实验室和临床FFPE标本提供了高通量单细胞检测的可能性,可以在更大范围的生物学研究和临床实践中进行单细胞层面的研究。新技术往往可以覆盖传统技术的一些检测盲区,谁能快速掌握,谁就可以成为抢占新技术福利发文章的先行者。那么snRandom-seq可以应用于哪些场景呢?


场景一:回顾性研究

回顾性研究是利用临床工作中现有的临床资料进行回顾性总结、分析的一种研究方法。具有占用人力资源较少,不需要太多的经费,不干扰正常的临床工作,不存在伦理问题,研究周期短的优点。但是基于poly(A)单细胞技术由于对RNA完整度要求非常高,对FFPE样本、长期冻存样本的检测效果较差,无法应用于回顾性研究。


snRandom-seq的出现正如一把钥匙,打开了沉睡的样本库宝藏,为临床回顾性研究带来了新希望。比如文章中的结直肠癌肝转移,肿瘤复发转移在临床上非常常见,一般原发手术样本以FFPE形式保存,比较复发前后FFPE样本的细胞类型、基因表达情况,可以深入挖掘癌症复发机制,指导临床治疗。



场景二:疾病发展

snRandom-seq不仅可以进行回顾性研究,也可开展前瞻性研究。疾病的发生发展是一个动态的过程,除了横断面研究外,几乎所有的研究都涉及疾病自然发展、治疗或其他暴露因素发生前后的临床样本。


如果是用新鲜组织进行疾病动态研究,由于随访时间长,前后样本实验一致性难以保证(试剂批次效应),而且还会有失访的风险,导致前期实验样本数据及经费损失。


基于snRandom-seq技术,临床上可以及时处理和固定样本,以FFPE形式保存,同时完善其他临床及病理、分子资料;待终点时,从样本库中选择合适的FFPE样本进行疾病动态研究。




场景三:罕见病

与“常见病”相对,“罕见病”指患病率相对较低的一类疾病。截止2018年10月,全球最大的罕见病数据库Orphanet共收录6172种罕见病,约占全部人类疾病的10%。罕见病对人体的影响通常涉及多系统、多脏器;病程往往呈慢性、进行性、耗竭性地发展,甚至造成残疾或危及生命。


由于每种罕见病的患者数量非常少,等待新鲜样本的周期会非常长。基于snRandom-seq对罕见病患者的FFPE样本进行单细胞检测,不需要等新鲜样本,可在短时间内收集到可用于分析的足够数量样本,为罕见病的发病机制、治疗、患者生存改善提供理论基础。




场景四:多组学联合

使用FFPE样本进行单细胞转录组检测的好处之一,取用其中的一部分而不影响样本的剩余部分。且医学样本库中的FFPE样本具有丰富的临床数据,如病理诊断数据。因此可将FFPE单细胞转录组检测信息与临床数据、免疫组化,以及基因组、蛋白组、代谢组、表观遗传学、空间转录组、蛋白修饰组学等研究数据结合进行多组学联合分析。




场景五:单细胞IncRNA的研究

利用单细胞技术发表高分SCI越来越难,研究者需要新的突破点,而snRandom-seq的出现打开了单细胞研究的另一扇门。


近年来,非编码RNA受到了研究领域的高度重视。非编码RNA广泛参与生命活动中重要的生物功能,如生物个体的发育与分化、生殖、细胞凋亡和细胞重编程等,并且与心血管疾病、肿瘤、代谢性疾病、感染免疫性疾病等密切相关。lncRNA是非编码RNA中的一种重要类型,但在以往单细胞转录组研究中总是被忽略,这是因为基于poly(A)的方法对lncRNA的捕获效率有限。snRandom-seq的肝癌FFPE数据中,肝细胞簇显著表达lncRNA,且不同肝细胞簇表达的lncRNA存在差异,提示可能存在不同的发病机制。


除了lncRNA,snRandom-seq还可以捕获到其他非编码RNA类型,如circleRNA、snRNA等。利用snRandom-seq进行非编码RNA分析将具有广阔前景。




相比新鲜样本,使用FFPE样本除了以上新的单细胞研究思路,还具有其他优势:


1、新鲜组织在解离过程中,是一种应激的过程,细胞信号通路会发生各种相关的激活或抑制。snRandom-seq流程将样本固定,“锁定”细胞转录组状态,在合适的时机,再进行实验。
2、手术结束时间具有不确定性,不论是课题组,还是实验组,都不得不“加班加点”开展实验。基于snRandom-seq,获取样本后随时固定,实验可以有条不紊的进行,从而尽量保证生物样本取材条件的一致性,也利于多中心联合研究的开展
3、病理结果中发现了有意义的现象,想要对感兴趣的区域进行研究。在snRandom-seq工作流程中,可以对石蜡组织进行切片,在切片上只划取自己感兴趣的区域进行单细胞测序分析。


看完技术解读+应用场景的解析,是否对使用FFPE单细胞检测发高分文献有了一些全新的认知呢?据小编了解目前这项来自M20 Genomics的技术已经全面商业化,国内的各大服务商几乎都可以使用其进行单细胞研究,如果有心动的小伙伴不妨可以联系起来了~毕竟联系快人一步,发SCI就能加快落地的脚步。


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