单细胞分离趋势:技术的局限性和应用程序

介绍

历史上细胞群被认为是均匀和常规细胞化验使用平均人口的成千上万的细胞反应。从这样的分析获得的结果代表的混合物中的每个细胞的生理状态人口分析不考虑个体的细胞表型。为了更好地理解从细胞到细胞的变化,科学家们需要研究单个细胞。最近的单细胞分析技术的进步促进了能够分辨出单个细胞内生物的见解和之前提供的手段揭示隐藏的单个细胞之间的关系在人口或检测的亚种。少数民族,罕见的细胞事件,和单个细胞之间的微小变化可能回答迄今尚未解决的问题在癌症的关键,干细胞生物学,免疫学,发育生物学和神经学的研究,并促进在精密医学治疗决策。

启动单细胞分析之前,科学家需要分离和分离单个细胞。细胞分离技术的特点是三个性能标准:效率或吞吐量(即可以孤立的单个细胞的数量在一个特定的时间);纯度(%的孤立的细胞所需的表型);和恢复(即%的目标细胞分离相对于靶细胞的总数可用的示例开始)。当前单元格隔离技术大致分为两类:1)隔离基于物理属性如大小、密度、电变化,和可变形性,方法包括密度梯度离心法、膜过滤、microchip-based捕获平台、激光显微解剖、人工细胞选择/精密控制和非接触式分配;基于细胞的生物学特性和2)隔离和蛋白表达属性。这些包括亲和力的方法通常包括标签,如关联矩阵,fluorescence-activated细胞排序和magnetic-activated细胞排序,许多是基于微流体平台。最希望然而那些孤立的单个细胞未标记的和保留完整的可行性。新的小型一体化的单个细胞平台,使隔离和分析都证明研究者越来越浓厚的兴趣,特别是在单细胞基因组学的领域。

2016年12月HTStec进行了市场调查在单个细胞隔离主要在学术界研究实验室中,制药和生物技术。目标是理解当前的利益,实施和取得的进展要求单个细胞隔离。本文包含从HTStec市场选择的结果的报告“单细胞分离趋势2016年”。它的目的是为读者提供一个简短的了解最近的市场趋势。它涵盖了只有11 31原始问题详细的完整的报告。充分发表的报告应该咨询查看整个数据集的细节的回答每个问题时,其分割和对未来的估计。更多信息请联系info@htstec.com HTStec报告。

用于分离单个细胞来源:

受访者所使用的大部分来源分离单个细胞呈现在图1。这表明悬浮细胞培养是最常用的利用(45%)。其次是附着组织培养(39%),临床样本——新鲜组织(29%),然后临床样本——新鲜biofluids (27%)。其他来源是由不到20%的受访者使用。
图1所示。用于分离单个细胞来源

细胞类型用于单细胞技术应用:

的主要细胞类型用于单细胞报告应用程序如图2所示。受访者最想的细胞类型分离单个细胞是主要的细胞。其次是干细胞或干细胞细胞(37%),然后肿瘤细胞系(例如海拉,U937等等)(33%)。其他细胞类型是由不到20%的受访者使用。有有限的非哺乳动物细胞类型的兴趣。

图2。细胞类型用于单细胞技术应用

孤立的单个细胞的人口开始:

受访者最想的人口开始分离单个细胞图3中给出。这表明,一个丰富的代表性样本,只需要分离单个细胞是最喜欢(48%喜欢)。这是紧随其后的是一个丰富的样品寻找罕见的事件或珍贵的样本数量很低(26%的人倾向于)。

图3。受访者的人口(样本)开始分离单个细胞

主要技术用于分离单个细胞:

目前使用的主要技术分离单个细胞呈现在图4所示。这表明,流式细胞仪/流式细胞术是目前最常用的技术使用(41%)。其次是微流控/芯片实验室使用(29%),人工细胞选择/微调使用(12%),其他技术(不指定)使用(10%),激光显微解剖使用(4%),然后随机播种或液体稀释成微型板块和非接触式分配方法(如喷墨、电磁阀或声)(有2%使用)。

图4。目前主要技术用于分离单个细胞

相关性最大的一类细胞纯度:

最相关的类别的细胞纯度受调查者对孤立的单个细胞的研究报道在图5中。这表明,细胞所需的最相关的表型进行排名。这是遵循相关的细胞单线态(即不是集群分布),细胞是完全可行的,然后摆脱碎片。至少相关细胞在细胞周期的特定发展阶段。

图5。一类细胞纯度被最大相关性的研究孤立的单个细胞

分离单个细胞的重要性:

分离单个细胞的重要性为下游实验给出了在图6所示。这个发现是至关重要的大部分受访者研究即他们绝对需要单个细胞(47%选择)。其次是可取,即他们可以使用几个(1 - 5)的细胞,只要他们有相同的表型(37%选择),然后有用即他们将池选择细胞一起最小化需要放大(14%选择)。剩下的受访者(2%)选择表示不重要,即他们可以用少量的细胞不管他们的表型。

图6。为下游分离单个细胞实验的重要性

孤立的单个细胞的重要性:

孤立的单个细胞的重要性被调查者计划研究在图7中有详细描述。这表明,大多数(51%)报告说,它是保持孤立的生存能力的关键细胞,40%表示很高兴,只有9%的人报告说,活细胞不需要他们的研究。这些研究结果支持的发现至少42%的受访者的研究涉及活细胞的进一步维护/文化如收集分泌蛋白。

图7。孤立的单个细胞的重要性

主要使用下游分析方法:

下游的主要分析方法使用或计划使用孤立的单个细胞呈现在图8所示。这表明,使用的主要下游应用程序是RT-qPCR使用(51%)。其次是细胞表型测定和计算使用(49%),门店:RNA序列使用(33%),蛋白质分析标记抗体使用(26%),蛋白质分析标记抗体使用(26%),门店:全基因组测序(23%使用),基因分型(16%),其他(14%使用)。

图8。下游分析方法使用或计划使用孤立的单个细胞

供应商意识单细胞分离技术:

单细胞分离技术的供应商/供应商第一次走进心灵的受访者提出了如图9所示。这表明,BD生物科学和Fluidigm / Bio-Rad最公认的单细胞技术供应商(每个有16%的人选择)。其次是Miltenyi生物技术(6%);10倍基因组学(4%);贝克曼库尔特(4%);干细胞技术(4%);热费希尔科学(3%);蔡司(3%);通用电气医疗集团(3%);然后所有其他供应商(每个都有不到1%的份额)(41%)。 Please note this should NOT be regarded as a true market share projection. It is based on the supplier of single cell isolation technologies that first comes into the mind of survey respondents, which may not be the same as those who they purchase most consumables or instruments from.

图9。供应商/供应商首先想到的单细胞分离技术

应用最有可能影响单细胞分离技术:

下游应用最有可能影响单细胞分离技术给出如图10所示。这同样表明,受访者选择生物标志物的发现、验证和/或筛查和基因表达分析是最影响应用程序(11%的人选择)。他们是紧随其后的是单个细胞异质性(10%的人选择),然后基因组和转录组分析,RNA / DNA测序、分子特征的循环肿瘤细胞和单个细胞免疫学(7%的人选择),然后细胞系发展(6%选择)。所有其他下游应用程序选择5%或者更少的受访者。

图10。下游应用最有可能影响单细胞分离技术

最大的可用技术的局限性:

最大的限制目前单细胞分离技术被评为如图11所示。这表明低效率或低收益率/恢复被评为最限制。这是收视率高成本的设备,然后退化的细胞生存能力/功能在分离过程中,可怜的可靠性和低吞吐量(每秒的单细胞分离)。所有其他因素被评为适度限制,表明他们都代表单个细胞隔离的重要问题。

图11。目前主要的局限性单细胞分离技术

结论:

上面的选择报告的结果显示悬浮细胞培养仍有大部分用于分离单个细胞。的主要细胞类型用于单细胞应用程序主要是细胞。首选开始人口是一个丰富的代表性样本即他们需要分离单个细胞。目前使用的主要技术分离单个细胞流式细胞仪/流式细胞术。一类细胞纯度的最大相关性调查应答者的研究与所需的细胞表型。下游实验分离单个细胞的重要性是至关重要的大部分受访者研究即他们绝对需要单个细胞。大多数的受访者报告说,它是保持孤立的单个细胞的生存能力的关键。下游的主要分析方法使用或计划使用RT-qPCR孤立的单个细胞。供应商/供应商的单细胞分离技术第一次走进心灵的受访者是BD生物科学和Fluidigm / Bio-Rad。下游应用最有可能影响单细胞分离技术是生物标志物的发现、验证和/或筛查和基因表达分析。 Poor efficiency or low yield/recovery was rated the biggest limitation of currently available single cell isolation technologies.

虽然在近年来已经取得了许多进步单细胞隔离仍然存在重大挑战与隔离方法。尤其是隔离效率、高成本的设备和退化的细胞生存能力/功能分离过程的所有报告为主要限制和地区受访者正在寻求改善。一些新的和新兴技术现在可以隔离可行的单个细胞解决其中的一些问题:

Menarini硅生物系统DEPArray™技术,是基于一个非均匀电场的能力施加力量在中性,可极化粒子,如细胞,是悬浮在液体中。这种动电的原理,称为双向电泳(DEP),可用于捕获细胞DEP“笼子”上面创建一个电场电极在一个数组的子集在柜台阶段与相邻电极的电场。当一个大笼子里感动电场的变化模式,被困细胞移动。

Cytena单细胞打印机允许单个细胞的完全自动化的隔离标准microwell板格式。仪器使用一个inkjet-like原则一次性、单向打印墨盒。细胞样品用移液器吸取到墨盒和外部驱动器用于喷射液滴。集成光学传感器在每个液滴允许细胞数量的确定。快速快门机构类型包含一个单细胞到衬底的水滴。转而进入浪费不必要的滴。

试剂盒QIAscout核心技术是QIAscout数组,它是由12000个人microrafts。每个microraft长度和200年200µmµm在宽度和安全地举行在微米尺寸QIAscout数组。在QIAscout数组,microrafts作为单个细胞能释放的文化网站或殖民地。QIAscout阵列安装在倒置显微镜,可以通过brightfield成像,荧光共焦显微镜。电动释放设备安装到4倍,5倍或10倍的目标共同倒实验室的显微镜允许个人microrafts选择和挑选。孤立目标细胞,只需按下按钮控制器使释放针穿透QIAscout数组的下表面和驱逐个体microraft附带您感兴趣的细胞。然后恢复microraft发布使用磁力棒和运输二级容器(如反应管或微型板块对下游分析)。

球形流体Picodroplet单细胞封装系统。半自动系统封装单个细胞或生物分子成picodroplets准备下游筛选和分析。它快速70000 picodroplets每秒,和流量可以高度控制。封装系统不会影响细胞的生存能力,而广泛的picodroplet大小和卷给它灵活的使用各种细胞类型——大或小。这些picodroplets可以使用新的表面活性剂和稳定细胞可以生长在他们,甚至孵化或存储了很多天。

未来几年我们可以期待单细胞技术将成为一个强大的工具在解体长期存在的问题在我们的理解和治疗人类疾病。

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