免提核！心肌细胞单细胞测序终破局：细胞高活分选+全转录组捕获

发布于： 2025-08-22 13:31

前言：

心血管疾病是全球首要致死原因之一。要深入理解疾病机制和治疗策略，必须先搞清健康心脏的分子运作机制；因此，掌握心脏细胞全谱系及其基因表达图谱，正是实现这一目标的基础性工作[1]。

人类心脏内约有20亿至30亿个心肌细胞，约占心脏总细胞数的四分之一[2][3]，因此研究心肌细胞为研究心脏领域的重中之重。但是心肌细胞作为一类特殊的细胞，其高效分离及单个细胞分选是进行单细胞测序研究的主要难点。难以高效分离原因在于这些细胞一旦脱离富含氧气的原生环境便会迅速死亡[4]。难以单个细胞分选的原因，一是该细胞尺寸较大，一般为100μm左右[5]，而传统单细胞测序仪器，如10X Genomics平台，其细胞分选口径约40μm，因此不得不对心肌细胞进行提核处理。众所周知，相比于完整细胞测序，提核测序检测到的基因较少（只能检测细胞核中的mRNA，缺失了细胞质中的mRNA信息，与完整细胞的表达谱存在差异）；二是该细胞结构脆弱，若分选过程中操作不当，易造成细胞受损破裂，影响数据质量。

针对以上难点问题，我们逐一提出解决方法。

针对心肌细胞高质量分离提取的问题

根据不同种属，我们提供不同的解决方法。针对人的心肌细胞分离提取，百洋智心与国家心血管病中心、中国医学科学院阜外医院的合作，完成了人原代心肌细胞的产品转化（如图1），拥有国际领先的人原代心肌细胞储备、分离、培养及冻存技术。针对成年小鼠心肌细胞的分离提取，包括健康小鼠、肥胖模型鼠和心衰模型鼠等，我们提供专业稳定分离技术，使得分离的心肌细胞杆状率、成活率稳定保持90%以上（如图2）。良好的细胞状态有利于后续的细胞分选，为单细胞测序的高质量研究打下坚实的基础。

图1：成人心肌细胞分离试剂盒。图源：百洋智心

图2：成年小鼠心肌细胞。图源：百洋智心

针对心肌细胞难以单个细胞分选的问题

我们使用ICELL8cx系统（如图3），是一款独特的、基于微孔芯片成像和纳米分液技术的自动化单细胞分离与处理平台。

图3：ICELL8cx系统。图源：百洋智心

相较于传统单细胞测序平台的优势

1.精确细胞筛选与可视化：基于成像的筛选确保数据来源于形态/荧光确认的目标单细胞，数据质量高，减少背景噪声（空孔、死细胞、碎片、双细胞）。尤其针对心肌细胞，该细胞中部分心肌细胞为双核或多核（如图4），精确的细胞筛选尤为重要。

图4：ICELL8芯片微孔中心肌细胞示例。图源：https://doi.org/10.1007/s00395-019-0744-z [6].

2.灵活性与可控性：使用ICELL8cx系统的宽口径喷嘴进行分离，支持分析5-100μm大小的细胞，并且可以在约15分钟内完成多达8种样品的分注（现技术升级，心肌细胞状态较好的情况下，单张芯片可捕获几万个细胞）。

3.样本友好：该平台喷液过程中，对心肌细胞的损伤较小。

4.避免大体积细胞喷液过程中沉淀堆积：由于心肌细胞体积较大，长时间放置易堆积，该平台喷液中途可设置多次暂停，将细胞轻轻吹打起来后再进行分选。

与传统单细胞测序平台关键区别

	ICELL8cx	10x Genomics
核心原理	微孔芯片成像筛选 + 纳米分液	微流控油滴包裹
核心优点	可视化精确筛选单细胞	高通量、高自动化、标准化
仪器分选尺寸	125μm	40μm
样本友好性	极高(微量、珍贵、困难样本)	较高，但对细胞活性/浓度要求严格
操作流程	较复杂,手动步骤多	高度自动化,标准化
主要应用	需形态筛选/稀有细胞/小规模精准研究	大规模细胞图谱/常规样本/高样本量项目

研究案例分享

2020 年 1 月 8 日，中国医学科学院阜外医院胡盛寿院士、王利团队在 Nature Cell Biology 发表了题为 Single-cell reconstruction of the adult human heart during heart failure and recovery reveals the cellular landscape underlying cardiac function 的文章[4] ，该篇文献使用 ICELL8cx测序平台，分选 21422 个心脏组织细胞（包含心肌细胞和非心肌细胞），进行转录组分析（如图5），心脏样本来源涵盖正常、衰竭及部分恢复（左心室辅助装置治疗）的成年成人心脏，在世界上首次系统绘制了成人心脏的单细胞图谱，并提示心肌细胞有很大的异质性，打破了常规认为只有一种心肌细胞的观点，本研究不仅提供了丰富的实验资源，更为心肌疾病靶向治疗策略的制定提供了重要理论依据。

图5：实验流程概括。图源：Wang, L. I., et al. "Single-cell reconstruction of the adult human heart during heart failure and recovery reveals the cellular landscape underlying cardiac function." Nature cell biology 22.1 (2020): 108-119[4].

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参考文献：

[1] Tirziu, Daniela, Frank J. Giordano, and Michael Simons. "Cell communications in the heart." Circulation 122.9 (2010): 928-937.

[2] Litviňuková, Monika, et al. "Cells of the adult human heart." Nature 588.7838 (2020): 466-472

[3] 梁春宝,李立林,蔡冬青.单细胞核测序揭示成年小鼠心脏构成细胞的分群及占比[J].暨南大学学报(自然科学与医学版),2023,44(02):124-136.

[4] Wang, L. I., et al. "Single-cell reconstruction of the adult human heart during heart failure and recovery reveals the cellular landscape underlying cardiac function." Nature cell biology 22.1 (2020): 108-119.

[5] Woodcock EA, Matkovich SJ. Cardiomyocytes structure, function and associated pathologies. Int J Biochem Cell Biol. 2005 Sep;37(9):1746-51.

[6] Yekelchyk, Michail, et al. "Mono-and multi-nucleated ventricular cardiomyocytes constitute a transcriptionally homogenous cell population." Basic research in cardiology 114.5 (2019): 36.

本篇文章来源于微信公众号:百洋智心

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