銀灣細胞(InOneCell)的CEO兼創(chuàng)始人林巍博士告訴動脈網(wǎng),最初接觸到單細胞測序是在2014年。彼時,Bulk RNA測序還是細胞活檢組織轉錄組研究的主要手段,通過將組織中RNA釋放出來,然后進行全轉錄組的高通量定量檢測。

“2012年美國上市公司Fluidigm推出了C1系統(tǒng),96個單細胞腔體的Smart-Seq cDNA建庫解決方案,使得對96個細胞進行RNA測序和定量成為可能。我有一種強烈的直覺,對于成千萬上億的細胞而言,僅取96個采樣細胞測定來描述細胞特性是有局限的,但有精細的檢測已足夠令人興奮,一旦細胞通量提高到成千上萬,那么單細胞測序的應用場景就會有無限可能�！绷治〔┦炕貞浀馈�

在接下來的3年多,正如林巍博士預料,高通量單細胞測序新技術的快速發(fā)展使得該領域推進到當前這樣一個市場引爆點。單從科研服務的全球市場規(guī)模來看,已經(jīng)達到了每年5-6億美元,并且還在以每年17%左右的增長率迅速增長。

2016年,10x Genomics推出了首款單細胞高通量測序儀器Chromium,從設備層面實現(xiàn)了單細胞高通量cDNA建庫。該企業(yè)在Nasdaq上市,目前是單細胞基因測序領域的旗艦企業(yè),2020年初市值曾高達100億美元。同時期,林巍博士所在實驗室也啟動單細胞測序項目開發(fā),并與合作者陸續(xù)發(fā)表了基于液滴高通量單細胞技術框架應用的相關研究論文。

團隊:化學生物學背景與光電測控技術背景聯(lián)合

創(chuàng)立銀灣細胞之前,林巍是清華大學計算機生物學博士,隨后在美國國立衛(wèi)生院癌癥研究所擔任博士后,曾先后擔任美國財富500強政府咨詢公司SAIC資深研究員,冷泉港功能基因組實驗室資深生物信息專家,并且在德州達拉斯貝勒醫(yī)學中心免疫研究所課題組主任(獨立PI)。他曾在《Nature》《Science》《Cell》等頂級雜志中以主要參與人身份發(fā)表多篇論文,是單細胞系統(tǒng)開發(fā)和應用專家。

銀灣細胞CEO兼創(chuàng)始人林巍博士

團隊另一技術核心成員王春明博士是林巍博士貝勒醫(yī)學中心免疫研究所博士后,在生物信號檢測、微流控芯片技術實施,二代深度測序在生物醫(yī)學領域的應用開發(fā)等領域有著多年的研究經(jīng)驗。

2016年,林巍博士攜團隊在貝勒醫(yī)學中心的實驗室首次產生高通量單細胞測序數(shù)據(jù),“早期我們使用的是那種組裝的開放式系統(tǒng)來生產數(shù)據(jù),把微流控系統(tǒng)、試劑盒,各種技術模塊組合起來。” 林巍博士描述道,“這些開放的平臺提供科研服務綽綽有余,而且靈活性很高,但從終端缺少相關特殊實驗技能的用戶角度來看,如果能夠有整機一體化的設備,則使用更為便利可靠,受眾更廣。就像Illumina NGS設備在臨床檢驗扮演的角色一樣,單細胞測序快速建庫設備的投放、相關檢測成本的降低,以及大規(guī)模臨床檢測應用場景的出現(xiàn)是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢�！�

2018年初,林巍博士團隊回到中國,與西北大學國家微檢測工程中心合作進行單細胞測序。中科院西安光機所團隊的加入使得系統(tǒng)優(yōu)化和整機一體化設備的實現(xiàn)更近一步。“團隊一部分是化學生物學背景,另一部分是光電測控技術背景。從產業(yè)鏈的角度來看,無論是整機一體化、微流控芯片、反應微球等試劑耗材的生產,還是生信分析服務均有極大優(yōu)勢,可以全方位切入單細胞測序領域�！绷治〔┦拷榻B道。

更重要的是,來自于中科院西安光學精密機械研究所光電跟蹤與測量領域多位資深專家和高級工程師加入了團隊。經(jīng)過短短一年的嘗試,林巍博士團隊的單細胞設備研發(fā)就取得階段性成果。

與此同時,團隊還發(fā)表了單細胞轉錄組智能識別論文,并啟動腫瘤單細胞圖譜計劃,2019年6月,推出了首款高通量、多通道檢測的單細胞cDNA自動化建庫設備樣機,林巍博士與包括希望之城轉化基因組研究所、Scripps研究所、索爾克研究所、上海交大仁濟醫(yī)院、中南大學湘雅醫(yī)院的國內外多家知名科研和臨床機構建立了深度合作。

自主開發(fā)核心原件、控制耗材成本

近年來,單細胞測序和研究課題快速增長,數(shù)據(jù)顯示,2019年,Pubmed中已發(fā)表1338篇科學文獻,相較于2018年的661篇,同比增長102．4%。但單細胞測序試劑、耗材、技術服務等價格居高不下,以10x Genomics為例,一個單細胞組織樣本的數(shù)據(jù)產生服務費為2萬-4萬,數(shù)據(jù)分析較數(shù)據(jù)產生難度更高,服務費支出也更大。

“如果將數(shù)據(jù)產生服務費降到1萬以下,單細胞測序市場必然會快速膨脹,達到市場可支付的水平。一個強大的新檢測技術就好比一個小孩子得到了一臺顯微鏡,如果不是成本限制,他會把沙粒、樹葉、小蟲這樣的東西都放在顯微鏡下看看以滿足人們強大的好奇心�！绷治〔┦勘硎�,“國內單細胞測序企業(yè)的產業(yè)布局目前是,大量第三方科研服務商采購設備,再向其他科研單位提供專業(yè)復雜的單細胞測序服務。但是單細胞RNA測序有較高的樣本新鮮度的要求,如果能夠在終端用戶便利使用,則更為理想,這也是我們選擇切入產業(yè)的方向,從易于操作的整機一體化單細胞測序文庫檢測設備開發(fā)和生產切入,充分發(fā)揮合作團隊光電測控技術的優(yōu)勢,生產出性能優(yōu)越操作簡單的設備,并努力降低數(shù)據(jù)產生的成本,快速建立市場優(yōu)勢。” 據(jù)林巍博士的介紹,團隊整機優(yōu)化之后新平臺的試劑耗材成本還不到市場對標企業(yè)的1/3。

從整體來看,單細胞測序是從單個細胞水平上對包括DNA和RNA的遺傳物質進行測序,以單細胞為單元實現(xiàn)定性和定量, 從而識別高度復雜的多細胞組織的類型、功能,特定細胞健康或狀態(tài)的變化、變異。而常規(guī)的基于樣本全細胞的檢測,都是在大量細胞的整體水平上,對整個組織細胞群進行遺傳分析,失去了很多細節(jié)。

從操作流程來看,單細胞測序技術的核心需要對來自不同細胞的遺傳物質進行細胞身份的標記的設備,然后在此基礎上進行NGS深度測序。

單細胞制備通常采用機械法、酶解法或其他組合方案將組織解離消化,形成單細胞的懸浮緩沖液。單細胞分離與DNA/cDNA捕獲標記是單細胞測序的關鍵步驟,與最終單細胞數(shù)據(jù)的質量、精準度息息相關,其中,高效的微流控芯片和精密的光電測控是單細胞分離捕獲的技術關鍵。

在單細胞測序設備的核心技術元件方面,銀灣細胞團隊已經(jīng)實現(xiàn)了大部分元件的自主化生產。

正如單細胞測序是NGS深度測序的應用場景之一,是NGS的衍生應用。NGS作為一種中樞節(jié)點的生物技術,覆蓋到多個應用領域并衍生出各類深度測序相關應用場景,例如基因組、表觀遺傳組、微生物組、宏基因組測序等。林巍博士展望道,單細胞測序本身也將成為另外一個新的中樞節(jié)點的生物技術,像NGS深度測序技術引領一個新產業(yè)。他期待凡是以多細胞組織為研究對象的檢測應用場景, 銀灣細胞所研制的新型單細胞設備也能將像Illumina 的NGS測序設備一樣扮演重要角色。

銀灣細胞單細胞測序設備

據(jù)透露,銀灣細胞已經(jīng)與多家國內外知名科研和醫(yī)療單位建立合作,投放設備,開展科研合作活動,同步測試和優(yōu)化設備和技術陸續(xù),并進行試劑與耗材銷售等�？蒲泻献饕怨餐�發(fā)表學術論文為目標,而非僅僅提供設備、試劑、耗材,產生單細胞數(shù)據(jù)或者提供生信分析服務。對單細胞測序的上下游技術應用進行全面市場布局。

目前,銀灣細胞正在進行天使輪融資,資金將用于實現(xiàn)單細胞測序整機一體化設備新功能的實現(xiàn),團隊建設等。

作者:曹弦