銀灣細(xì)胞：自主研發(fā)高通量、多通道單細(xì)胞測序設(shè)備，樣機(jī)投入科研應(yīng)用

       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(jìn)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(jìn)行RNA測序和定量成為可能。我有一種強(qiáng)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(jìn)到當(dāng)前這樣一個市場引爆點(diǎn)。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(tuán)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(jī)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(qiáng)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(dú)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。

       團(tuán)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(tuán)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(jī)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(tuán)隊回到中國，與西北大學(xué)國家微檢測工程中心合作進(jìn)行單細(xì)胞測序。中科院西安光機(jī)所團(tuán)隊的加入使得系統(tǒng)優(yōu)化和整機(jī)一體化設(shè)備的實現(xiàn)更近一步。“團(tuán)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(jī)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。”林巍博士介紹道。

       更重要的是，來自于中科院西安光學(xué)精密機(jī)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(tuán)隊。經(jīng)過短短一年的嘗試，林巍博士團(tuán)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(tuán)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(jī)，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(jì)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(jī)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(xiàn)，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(fèi)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(fèi)支出也更大。

       “如果將數(shù)據(jù)產(chǎn)生服務(wù)費(fèi)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(qiáng)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(qiáng)大的好奇心。”林巍博士表示，“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(jī)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(tuán)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(tuán)隊整機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行細(xì)胞身份的標(biāo)記的設(shè)備，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行NGS深度測序。

       單細(xì)胞制備通常采用機(jī)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(tuán)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(diǎn)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(diǎn)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。

       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(jìn)行試劑與耗材銷售等?？蒲泻献饕怨餐l(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(jìn)行全面市場布局。

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