單細胞測序技術的發展歷程、技術原理及與傳統測序的區別
傳統測序技術通常對大量細胞進行混合測序，最終得到的是細胞群體的平均信號。這種方法雖然能夠反映樣本的整體特征，但卻不可避免地掩蓋了細胞間的異質性信息。正如將不同顏色的顏料混合后只能得到灰暗的色調，傳統測序技術無法分辨出細胞群體中各個細胞獨特的"色彩"。
相比之下，單細胞測序技術如同為每個細胞拍攝"特寫鏡頭"，能夠精確捕捉每個細胞的獨特特征。這種技術優勢主要體現在三個方面：首先，它能夠識別細胞亞群，揭示組織中存在的未知細胞類型；其次，可以追蹤細胞發育歷程，重構細胞分化的軌跡與分支點；最后，能夠發現稀有細胞群體，這些細胞在傳統測序中往往被數量優勢細胞所掩蓋。
從技術層面來看，單細胞測序的核心突破在于其建庫策略。傳統測序的建庫基礎是數百萬個細胞，而單細胞測序則需要在單個細胞水平上完成建庫過程。這一技術跨越不僅需要解決單個細胞中極微量核酸的擴增問題，還要確保擴增過程的保真度和均勻性。
單細胞測序技術的發展歷程堪稱現代生物技術進步的縮影。2013年，該技術被《Nature Methods》評為年度技術，標志著其技術成熟度獲得學術界的廣泛認可。同年，《Science》雜志將單細胞測序列為年度最值得關注的六大領域之首，預示著該技術將引領生命科學研究的新范式。
技術發展的早期階段主要面臨三大挑戰：通量限制、成本高昂和技術誤差。最初的單細胞測序每次只能處理少數細胞，且需要復雜的手工操作，技術重復性較差。這些限制嚴重制約了該技術的廣泛應用和深入發展。
隨著微流控技術、分子標簽策略和擴增方法的創新突破，單細胞測序技術實現了質的飛躍。特別是液滴微流控技術的引入，使得同時處理數千個單細胞成為可能，大幅提升了檢測通量。而唯一分子標識符的應用，則有效降低了擴增偏倚，提高了定量的準確性。這些技術進步共同推動了單細胞測序從實驗室技術向標準化工具的轉變。
單細胞測序技術的核心在于解決單個細胞中核酸含量極低的技術難題。一個哺乳動物細胞僅含有約6皮克DNA和10-50皮克RNA，這遠低于常規測序儀所需的最低輸入量。因此，發展高效、保真的全基因組/全轉錄組擴增技術成為實現單細胞測序的關鍵。
目前主流的單細胞RNA測序技術主要基于兩種策略：全長轉錄本測序和3'端標簽測序。全長轉錄本方法能夠保留轉錄本的序列完整性，便于檢測可變剪切和基因融合等結構變異；而3'端標簽策略則通過分子標簽進行基因定量，具有更高的檢測通量和更低的成本優勢。
在單細胞DNA測序領域，多重退火環狀擴增和多重置換擴增是兩種常用的全基因組擴增方法。這些方法通過不同的酶學反應機制，實現在保持基因組覆蓋度的同時盡可能減少擴增偏倚。近年來，轉座酶介導的標簽化方法進一步簡化了建庫流程，提高了實驗效率。
四、當前技術局限：面臨哪些挑戰？盡管單細胞測序技術取得了顯著進展，但在實際應用中仍存在若干技術挑戰。首當其沖的是"基因漏檢"現象，即某些基因在一個細胞中能夠檢測到，在另一個相同類型的細胞中卻無法檢測。這種現象部分源于技術靈敏度的限制，也與基因表達的隨機波動密切相關。
技術靈敏度和捕獲效率是另一個關鍵問題。目前最敏感的單細胞RNA測序方法也只能檢測到單個細胞中約10-20%的轉錄本。這種低捕獲效率可能導致重要的生物學信號被遺漏，特別是在研究低表達基因時尤為明顯。
數據分析的復雜性也不容忽視。單細胞數據具有高維度、高噪聲和高稀疏性的特點，需要開發專門的生物信息學工具進行處理。從原始數據到生物學結論的轉化過程中，每一步都面臨著統計學和計算學的挑戰。
樣本制備方面，組織解離過程可能引起細胞應激反應，改變基因表達模式，從而引入技術假象。此外，稀有細胞類型的獲取和難解離組織的處理仍然是技術應用的瓶頸所在。
五、應用前景展望：將走向何方？單細胞測序技術的應用前景廣闊而深遠。在基礎研究領域，該技術正在推動我們重新認識生物系統的構成原則。通過構建細胞圖譜，科學家能夠系統性地解析組織器官的細胞組成，揭示不同細胞類型間的相互作用網絡。
在臨床醫學方面，單細胞測序為精準醫療提供了新的技術支撐。在腫瘤研究中，該技術能夠解析腫瘤微環境的異質性，識別治療抵抗細胞群體，為開發新的治療策略提供線索。在免疫學領域，單細胞測序可以揭示免疫細胞的動態響應過程，助力疫苗開發和免疫治療研究。
技術發展的未來趨勢將集中在三個維度：空間信息的整合、多組學的融合和動態過程的解析。空間轉錄組技術的興起使得在組織原位進行單細胞分析成為可能；多組學技術則允許同時檢測同一個細胞的基因組、轉錄組和表觀組信息；而結合時間序列分析，科學家能夠更精確地重構細胞狀態轉變的動力學過程。
六、結語單細胞測序技術正在深刻改變我們研究生命系統的方式。從揭示細胞異質性到解析發育過程，從探索疾病機制到推動精準醫療，該技術為生命科學研究提供了前所未有的分辨率。隨著技術方法的不斷完善和數據分析能力的持續提升，單細胞測序必將成為解開生命奧秘的重要鑰匙，在科學研究與臨床應用中發揮越來越重要的作用。
未來的單細胞測序技術將更加注重整合性與動態性，不僅要在空間和時間維度上擴展觀測能力，還要在不同組學層面實現數據融合。這種多維度的整合分析將幫助我們更全面地理解生命的復雜性與動態性，最終實現從描述性研究到預測性研究的跨越。
七、單細胞測序技術哪里有？
LabEx 多款Panel，覆蓋單細胞測序技術、Luminex 等核心技術平臺，提供從細胞分選型到因子檢測型的一站式解決方案，可滿足多樣化研究需求。
| 服務名稱 | 服務內容 |
| 單細胞轉錄組測序(ScRNA-seq) | 在單細胞水平對全mRNA表達譜進行檢測 |
| 單細胞蛋白檢測(Ab-seq) | 在單細胞水平同時檢測蛋白和基因表達的多組學研究,針對人蛋白249個+小鼠蛋白219個抗體,更大panel可定制 |
| 單細胞免疫組庫測序 | 富集TCR/BCR基因并測序,實現免疫組庫多樣性,多種屬檢測 |
樂備實是國內專注于提供高質量蛋白檢測以及組學分析服務的實驗服務專家，自2018年成立以來，樂備實不斷尋求突破，公司的服務技術平臺已擴展到單細胞測序、空間多組學、流式檢測、超敏電化學發光、Luminex多因子檢測、抗體芯片、PCR Array、ELISA、Elispot、PLA蛋白互作、多色免疫組化、DSP空間多組學等30多個，建立起了一套涵蓋基因、蛋白、細胞以及組織水平實驗的完整檢測體系。
