銀灣細(xì)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(xì)胞測序是在2014年。彼時,Bulk RNA測序還是細(xì)胞活檢組織轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xì)胞腔體的Smart-Seq cDNA建庫解決方案,使得對96個細(xì)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(xì)胞而言,僅取96個采樣細(xì)胞測定來描述細(xì)胞特性是有局限的,但有精細(xì)的檢測已足夠令人興奮,一旦細(xì)胞通量提高到成千上萬,那么單細(xì)胞測序的應(yīng)用場景就會有無限可能。”林巍博士回憶道。

在接下來的3年多,正如林巍博士預(yù)料,高通量單細(xì)胞測序新技術(shù)的快速發(fā)展使得該領(lǐng)域推進到當(dāng)前這樣一個市場引爆點。單從科研服務(wù)的全球市場規(guī)模來看,已經(jīng)達(dá)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(xì)胞高通量測序儀器Chromium,從設(shè)備層面實現(xiàn)了單細(xì)胞高通量cDNA建庫。該企業(yè)在Nasdaq上市,目前是單細(xì)胞基因測序領(lǐng)域的旗艦企業(yè),2020年初市值曾高達(dá)100億美元。同時期,林巍博士所在實驗室也啟動單細(xì)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(xì)胞技術(shù)框架應(yīng)用的相關(guān)研究論文。

團隊:化學(xué)生物學(xué)背景與光電測控技術(shù)背景聯(lián)合

創(chuàng)立銀灣細(xì)胞之前,林巍是清華大學(xué)計算機生物學(xué)博士,隨后在美國國立衛(wèi)生院癌癥研究所擔(dān)任博士后,曾先后擔(dān)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(dá)拉斯貝勒醫(yī)學(xué)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(xì)胞系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用專家。

銀灣細(xì)胞CEO兼創(chuàng)始人林巍博士

團隊另一技術(shù)核心成員王春明博士是林巍博士貝勒醫(yī)學(xué)中心免疫研究所博士后,在生物信號檢測、微流控芯片技術(shù)實施,二代深度測序在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)等領(lǐng)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(xué)中心的實驗室首次產(chǎn)生高通量單細(xì)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(chǎn)數(shù)據(jù),把微流控系統(tǒng)、試劑盒,各種技術(shù)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(wù)綽綽有余,而且靈活性很高,但從終端缺少相關(guān)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(shè)備,則使用更為便利可靠,受眾更廣。就像Illumina NGS設(shè)備在臨床檢驗扮演的角色一樣,單細(xì)胞測序快速建庫設(shè)備的投放、相關(guān)檢測成本的降低,以及大規(guī)模臨床檢測應(yīng)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(xué)國家微檢測工程中心合作進行單細(xì)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(shè)備的實現(xiàn)更近一步。“團隊一部分是化學(xué)生物學(xué)背景,另一部分是光電測控技術(shù)背景。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來看,無論是整機一體化、微流控芯片、反應(yīng)微球等試劑耗材的生產(chǎn),還是生信分析服務(wù)均有極大優(yōu)勢,可以全方位切入單細(xì)胞測序領(lǐng)域�！绷治〔┦拷榻B道。

更重要的是,來自于中科院西安光學(xué)精密機械研究所光電跟蹤與測量領(lǐng)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(xì)胞設(shè)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(xì)胞轉(zhuǎn)錄組智能識別論文,并啟動腫瘤單細(xì)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(xì)胞cDNA自動化建庫設(shè)備樣機,林巍博士與包括希望之城轉(zhuǎn)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(xué)湘雅醫(yī)院的國內(nèi)外多家知名科研和臨床機構(gòu)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(xì)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(xué)文獻,相較于2018年的661篇,同比增長102．4%。但單細(xì)胞測序試劑、耗材、技術(shù)服務(wù)等價格居高不下,以10x Genomics為例,一個單細(xì)胞組織樣本的數(shù)據(jù)產(chǎn)生服務(wù)費為2萬-4萬,數(shù)據(jù)分析較數(shù)據(jù)產(chǎn)生難度更高,服務(wù)費支出也更大。

“如果將數(shù)據(jù)產(chǎn)生服務(wù)費降到1萬以下,單細(xì)胞測序市場必然會快速膨脹,達(dá)到市場可支付的水平。一個強大的新檢測技術(shù)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(nèi)單細(xì)胞測序企業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局目前是,大量第三方科研服務(wù)商采購設(shè)備,再向其他科研單位提供專業(yè)復(fù)雜的單細(xì)胞測序服務(wù)。但是單細(xì)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(chǎn)業(yè)的方向,從易于操作的整機一體化單細(xì)胞測序文庫檢測設(shè)備開發(fā)和生產(chǎn)切入,充分發(fā)揮合作團隊光電測控技術(shù)的優(yōu)勢,生產(chǎn)出性能優(yōu)越操作簡單的設(shè)備,并努力降低數(shù)據(jù)產(chǎn)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(biāo)企業(yè)的1/3。

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

從操作流程來看,單細(xì)胞測序技術(shù)的核心需要對來自不同細(xì)胞的遺傳物質(zhì)進行細(xì)胞身份的標(biāo)記的設(shè)備,然后在此基礎(chǔ)上進行NGS深度測序。

單細(xì)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(xì)胞的懸浮緩沖液。單細(xì)胞分離與DNA/cDNA捕獲標(biāo)記是單細(xì)胞測序的關(guān)鍵步驟,與最終單細(xì)胞數(shù)據(jù)的質(zhì)量、精準(zhǔn)度息息相關(guān),其中,高效的微流控芯片和精密的光電測控是單細(xì)胞分離捕獲的技術(shù)關(guān)鍵。

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

正如單細(xì)胞測序是NGS深度測序的應(yīng)用場景之一,是NGS的衍生應(yīng)用。NGS作為一種中樞節(jié)點的生物技術(shù),覆蓋到多個應(yīng)用領(lǐng)域并衍生出各類深度測序相關(guān)應(yīng)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(xì)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(shù),像NGS深度測序技術(shù)引領(lǐng)一個新產(chǎn)業(yè)。他期待凡是以多細(xì)胞組織為研究對象的檢測應(yīng)用場景, 銀灣細(xì)胞所研制的新型單細(xì)胞設(shè)備也能將像Illumina 的NGS測序設(shè)備一樣扮演重要角色。

銀灣細(xì)胞單細(xì)胞測序設(shè)備

據(jù)透露,銀灣細(xì)胞已經(jīng)與多家國內(nèi)外知名科研和醫(yī)療單位建立合作,投放設(shè)備,開展科研合作活動,同步測試和優(yōu)化設(shè)備和技術(shù)陸續(xù),并進行試劑與耗材銷售等。科研合作以共同發(fā)表學(xué)術(shù)論文為目標(biāo),而非僅僅提供設(shè)備、試劑、耗材,產(chǎn)生單細(xì)胞數(shù)據(jù)或者提供生信分析服務(wù)。對單細(xì)胞測序的上下游技術(shù)應(yīng)用進行全面市場布局。

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

作者:曹弦