单细胞测序系统一站式解决方案——走访新格元生物

细胞是生命活动的基本单位，随着精准医疗的发展和测序水平的提高，人们越来越深刻地认识到组织水平反应的信息有限。单细胞测序技术在单细胞水平上对基因组、转录组、表观组等进行高通量测序分析，可以更精细地揭示细胞间的异质性。

新格元（南京）生物科技有限公司（以下简称：新格元）作为国内首家、全球第三家拥有成熟商业化高通量单细胞测序平台的公司，2023年推出全球首款自动化从细胞装载到单细胞cDNA合成平台Singleron JavaTM，提高了实验室单细胞数据生产效率。近日，仪器信息网一行走进新格元苏州设备开发制造基地，与公司高级副总裁张龙对话，深入了解这家高新技术企业的技术、产品创新和未来发展。

新格元高级副总裁张龙

单细胞测序技术的演进历程

2009年，北京大学汤富酬教授在《Nature Methods》杂志上发表了第一篇单细胞转录组测序文章，自此开启了单细胞技术的新时代。随后的十几年，单细胞技术以更高分辨率、更高通量，深入揭示了个体的发育过程、功能机制，并且在疾病的检测与监控研究方面发挥了重要作用，被《Nature Methods》评为2013年最受关注的技术成果，与之对应的，全球单细胞测序潜在科研市场体量预计至2031年达到136.2亿美元。

早期单细胞测序的主要策略为：通过流式细胞术或者激光捕获显微切割技术将单细胞逐个分离出来再分别建库测序，该策略不仅通量非常低，而且随着待测单细胞的个数的增长，测序的成本几乎呈线性提升。

随后，基于标签（barcode）的单细胞识别技术解决了通量和成本难题，其技术原理为通过微流控芯片技术获得单细胞反应体系，并在传统文库构建的基础上引入barcode，通过追溯barcode序列将众多mRNA、表面蛋白等定位回原来的单个细胞。然而，该技术前处理方法流程复杂，“油包水”的方式不利于捕获脆弱及损伤的细胞，局限了其应用。

“油包水”式单细胞测序原理示意图

从微流控芯片到单细胞技术平台

2018年，方南博士、樊荣教授和周璟研究员（加州大学伯克利分校机械工程博士，耶鲁大学研究员）携手创立了新格元，新格元的名字取“格物致知，识微通元”之意，自成立以来，迅速在全球范围内建立了多个研发和生产基地，遍及南京（总部）、苏州、德国、美国和新加坡，产品与服务覆盖20多个国家和地区，3000多家实验室。

此前，方南博士在凯杰负责二代测序及单细胞产品研发，樊荣教授是耶鲁大学微流控单细胞多组学技术的专家，为新格元GEXSCOPE®单细胞技术平台的建立奠定了坚实的技术基础。

之后，新格元与耶鲁大学签署了微流控单细胞处理专利的使用协议，并利用该专利联合自主知识产权的单细胞扩增技术开发出基于微流控芯片的创新性GEXSCOPE®单细胞技术平台。

GEXSCOPE®单细胞技术平台基于“泊松分布”原理，通过微流控芯片实现精准的单细胞分离。其分子标签磁珠可在完成RNA捕获的同时完成标记，并且避免了“油包水”液滴形成过程中，压力对脆弱细胞的损伤，为单细胞分析技术在临床检测上的应用扫除障碍。

GEXSCOPE®单细胞分离原理

从科研定制化到精准医疗

突破单细胞技术通量、成本和周期上的瓶颈后，新格元致力于提供定制化服务，通过改变芯片孔径大小、设计特异标签，满足客户更大细胞、更多样的实验需求，其FocuSCOPE®靶向高通量单细胞测序可在获得单细胞转录信息的同时获得靶基因突变信息。“科研的需求是多样的，我们会根据不同研究者的需求，提供一些定制化服务。”张龙称，“这也是我们区别于其他竞争对手的地方。”

FocuSCOPE®靶向高通量单细胞测序原理

谈及单细胞技术在临床应用上的困难，张龙介绍称样本的保存和解离很关键：“实际上临床的流程是从手术或者活检开始，取样之后如果不能去马上做实验怎么办？样本的保存和解离，都不是我们主要竞争对手的关注点，而我们在公司成立之初就认识到样本处理的重要性，经过我们的研发及验证，我们开发的保存液可以维持细胞状态长达三天。”

组织解离更是重中之重，“组织解离做不好，后面做得再好也没用”，张龙解释道：“组织解离依赖机械剪切和酶解，为后续的单细胞分析提供最基本的保障。我们在组织解离领域有多年实战的经验，不仅在单细胞测序领域做了多种不同的物种、组织，并且在流式平台上有很多研发投入及实际验证数据。更是在原代细胞培养、类器官培养等领域积累了大量的经验。”

当前，组织解离仪比较重要的应用场景是临床领域，“解离样本最低限度是10mg，满足临床组织穿刺的需求，是行业内做得最低的！”张龙自信地介绍道。

Singleron PythoNJunior®自动化组织解离系统

从自动化系统到一站式解决方案

2023年，SingleronMatrix NEO®自动化单细胞测序文库构建系统、Singleron JavaTM自动化单细胞测序文库构建平台陆续上市。

Singleron JavaTM是全球首款自动化完成从细胞装载到单细胞cDNA合成的平台。细胞分离、裂解、核酸捕获、反转录合成cDNA等操作全部自动化，轻松完成百万级单细胞实验。

“其实mRNA是不稳定的，有了Singleron JavaTM，实验人员晚点再过来处理都没问题，还能同时做8个样品。”张龙说。

Singleron JavaTM自动化单细胞测序文库构建系统

除了单细胞建库仪器、单细胞建库多组学试剂盒外，新格元还提供包括CeleScope®可视化分析软件、SynEcoSys®单细胞数据库在内的单细胞数据科学工具箱，“除了提供产品和服务之外，我们还会提供培训，不仅仅是实验的培训，还有生信的培训，这样才能让老师能真正用起来复杂的单细胞平台”，至此，新格元真正成为全球首家一站式、多组学单细胞测序产品提供商。

新格元单细胞测序系统化一站式方案路线图

在过去的10多年间，国内外单细胞测序平台的踊跃发展，助推了单细胞测序技术在肿瘤、胚胎发育、免疫治疗、感染、药物研发、干细胞治疗等的应用，验证了单细胞技术在精准医疗时代的价值。

目前，新格元已服务1000余家知名医院、药企及科研院所，此外，新格元实验室于2024年通过美国病理学家协会CAP认证，同年6月参与人类细胞图谱（HCA）计划，为这项旨在绘制人体中所有细胞的图谱，以便于更好地了解人类健康以及进行疾病的诊断、监测和治疗研究的大型国际合作项目提供助力。

纵观未来，张龙表示随着单细胞技术在肿瘤学、免疫学、感染、神经领域和其他医学研究领域应用的深入，行业市场将更加广阔，“早期只做科研的话应用市场就这么小，期待将来能够应用到临床，解决更多的精准医疗相关的难题，扩展单细胞测序的临床应用。”

而这恰好符合新格元的初衷：“将创新的单细胞分析技术应用于临床检测、健康管理和药物开发等关键领域。”

走访合影

（从左至右：新格元生物工程师俞苏敏、仪器信息网客户成功经理康龙、新格元工程研发总监储冬东、新格元高级副总裁张龙、仪器信息网生命科学编辑李兆坤、仪器信息网生命科学编辑樊雪竹）