單細(xì)胞基因表達(dá)的大規(guī)模分析，有可能發(fā)現(xiàn)罕見(jiàn)的細(xì)胞群和血統(tǒng)關(guān)系，但是需要有效的方法進(jìn)行細(xì)胞捕獲和mRNA測(cè)序。盡管細(xì)胞條形碼策略允許超低深度的單細(xì)胞平行測(cè)序，但是測(cè)序深度較淺的限制還沒(méi)有得到直接的研究。

目前，加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）的研究人員，利用最新技術(shù)分析單個(gè)細(xì)胞中的基因活性，確定了發(fā)育大腦中細(xì)胞的獨(dú)特特性，并表明，大規(guī)模細(xì)胞分析的完成，可能比以前認(rèn)為的更加有效和便宜。

UCSF Eli and Edythe Broad 再生醫(yī)學(xué)和干細(xì)胞研究中心主任Arnold Kriegstein博士指出：“我們利用一種新策略，單獨(dú)地分析數(shù)百個(gè)細(xì)胞，確定不同細(xì)胞類型的全新分子特征。我們希望用這種方法，來(lái)幫助我們更好地了解，大腦胚區(qū)中干細(xì)胞分裂產(chǎn)生的細(xì)胞如何引起了人類大腦皮層的復(fù)雜性。”

研究小組使用的技術(shù)，主要集中在一個(gè)“微流體”設(shè)備，在這個(gè)設(shè)備中單個(gè)細(xì)胞被捕獲并流入納米級(jí)的小室中，那里它們有效而精確地進(jìn)行DNA測(cè)序所必需的化學(xué)反應(yīng)。研究表明，確定和拼出獨(dú)特序列，并成功地確定細(xì)胞類型所需要的閱讀步驟數(shù)量，比原先估計(jì)的少100倍。這項(xiàng)技術(shù)，是由Fluidigm公司開(kāi)發(fā)，可同時(shí)用于96個(gè)細(xì)胞的單獨(dú)過(guò)程。

Alex Pollen博士稱：“單細(xì)胞的常規(guī)捕獲及其分子特征的精確采集，現(xiàn)在已經(jīng)成為可能。”他和Kriegstein實(shí)驗(yàn)室博士后Tomasz Nowakowski一起，進(jìn)行了關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中，他們分析了來(lái)自大腦發(fā)育過(guò)程中301個(gè)細(xì)胞的基因活化。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2014年8月3日的《自然生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）雜志。

Kriegstein稱，識(shí)別不同細(xì)胞類型的數(shù)百個(gè)新型生物標(biāo)志物，將提高科學(xué)家們對(duì)于出現(xiàn)特化神經(jīng)元亞型的理解。最終，這種集中于單細(xì)胞基因活性的新方法，與其他單細(xì)胞技術(shù)（包括顯微成像）相結(jié)合，可能會(huì)揭示腦部發(fā)育障礙的起源。

Kriegstein指出，這個(gè)過(guò)程可以揭示一些腦部疾病，包括平腦癥，這種疾病患者大腦皮層中的褶皺無(wú)法發(fā)育，而且疾病在發(fā)育后期才被診斷，如自閉癥和精神分裂癥。

根據(jù)這篇論文的作者介紹，這種分析單細(xì)胞中分子的策略，不僅有利于研究特化細(xì)胞如何出現(xiàn)在發(fā)育有機(jī)體的特定時(shí)間和地點(diǎn)，也有利于監(jiān)測(cè)干細(xì)胞（設(shè)計(jì)用于組織置換）的細(xì)胞特性，以及調(diào)查腫瘤內(nèi)細(xì)胞多樣性以確定癌細(xì)胞存活和傳播的原因。

任何未經(jīng)處理的生物樣品，無(wú)論多么純，其中都含有各種各樣代表不同組織類型的細(xì)胞。研究人員已經(jīng)測(cè)定了這些樣品中的結(jié)合遺傳物質(zhì)。為了研究哪些基因是活躍的，哪些是休眠的，他們使用測(cè)序步驟的無(wú)理性重復(fù)，來(lái)捕捉足夠數(shù)量的信使RNA序列，這些序列轉(zhuǎn)錄自交換基因。然而，很難從混合組織樣品中推斷，哪些基因是由特定的細(xì)胞類型表達(dá)的。

Pollen和Nowakowski表明，通過(guò)單細(xì)胞分析區(qū)別不同的細(xì)胞類型，需要的步驟、時(shí)間和金錢，比以前認(rèn)為的更少。

Pollen說(shuō)：“我們正在研究大腦中不同、但相關(guān)的細(xì)胞類型的一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。我們正在將這個(gè)群落分成不同的細(xì)胞群體，旨在了解它們的功能部件和組件，這樣我們就能精確地預(yù)測(cè)它們將如何發(fā)育。”

本文共同作者、Fluidigm 公司資深科學(xué)家Joe Shuga博士稱，該公司開(kāi)發(fā)的用以捕獲和為信使RNA測(cè)序準(zhǔn)備細(xì)胞的系統(tǒng)，可以產(chǎn)生更準(zhǔn)確的序列讀數(shù)。