IsoPlexis單細胞功能蛋白(bái)組技術——開(kāi)啓單細胞免疫功能新視界
細胞的異質性廣泛存在于生(shēng)物(wù)體(tǐ)内。過去(qù)由于技術限制，傳統研究手段一(yī)般隻能針對組織或細胞群體(tǐ)進行分(fēn)析，得到的是大(dà)量細胞的均質化的結果，而無法精确反映不同細胞個體(tǐ)對于結果的具體(tǐ)貢獻值，從而可能忽略在生(shēng)理或病理活動中(zhōng)起關鍵作用的因素。
單細胞測序技術實現了在單個細胞水平上，對基因組、轉錄組、表觀組進行高通量測序，能夠揭示單個細胞的基因結構和基因表達狀态，是研究細胞異質性的強有力工(gōng)具。但是某些細胞異質性的主要來源可能并不與轉錄組密切相關。而介導生(shēng)理功能的蛋白(bái)質網絡通常是細胞異質性的來源；在可以精确、全面的研究單細胞蛋白(bái)質技術出現之前，單細胞中(zhōng)的蛋白(bái)質水平通常是從轉錄組數據等間接替代品中(zhōng)推斷出來的。要精準理解細胞在生(shēng)物(wù)體(tǐ)複雜(zá)環境中(zhōng)的表型和功能，必須使得單個細胞的蛋白(bái)質水平表達從基于mRNA豐度的推斷轉變爲真實意義上的測量。近幾年在這個領域湧現出許多成熟的單細胞蛋白(bái)組定量技術，在蛋白(bái)豐度檢測、轉錄修飾和翻譯後修飾方面很好第填補了單細胞轉錄組學的空白(bái)。
單細胞蛋白(bái)組從單細胞維度可以對蛋白(bái)進行定性和定量分(fēn)析來實現對蛋白(bái)質表達模式和功能模式的探索，揭示細胞個體(tǐ)之間的精細差異，爲深入認識疾病發病機制提供更精準的見解，進而加速精準醫療先進療法的發展。
由于蛋白(bái)質種類多樣、結構複雜(zá)，功能動态可變等特殊性質， 蛋白(bái)質組學研究遠比基因研究要複雜(zá)和困難得多。目前還沒有在單細胞水平上進行全蛋白(bái)組分(fēn)析的工(gōng)具，但市面上有多種多樣不同細分(fēn)領域的單細胞蛋白(bái)組分(fēn)析方法，包括以下(xià)幾個技術流派爲代表的技術：1）質譜技術（SCoPE-MS）；2）基于抗體(tǐ)的策略（流式細胞術、單細胞蛋白(bái)免疫印記scWestern、微流控技術）；3）基于PCR免疫分(fēn)析的Proseek Multiplex技術等。這些不同的技術在檢測的靈敏度、覆蓋度、通量或特殊應用領域都各有特色，從不同層面與其它單細胞蛋白(bái)質技術或其它組學相互補充，爲胚胎發育、幹細胞分(fēn)化、腫瘤異質性、耐藥機制及免疫療法等提供重要的生(shēng)物(wù)學意義。今天我(wǒ)(wǒ)們将爲大(dà)家介紹一(yī)個對免疫和腫瘤研究非常有幫助的技術工(gōng)具——IsoPlexis的單細胞功能蛋白(bái)質組學技術。
在機體(tǐ)免疫應答過程，免疫細胞會分(fēn)泌多種不同功能的細胞因子參與免疫應答的啓動和調節。 IsoPlexis的單細胞功能蛋白(bái)質組學技術緻力于對與免疫應答直接相關的功能性細胞因子蛋白(bái)的檢測，對每個免疫細胞進行功能性免疫譜分(fēn)析，實現完全的單細胞功能表征，從而幫助發現更好的生(shēng)物(wù)标記物(wù)，加速治療開(kāi)發。通過探索免疫應答中(zhōng)真正起關鍵作用的“超級細胞”亞群，以揭示持久性、效力和耐用性等功能性生(shēng)物(wù)學驅動因子。此外(wài)IsoPlexis技術還可以對腫瘤細胞胞内多重磷酸化蛋白(bái)進行檢測，通過對整體(tǐ)磷酸化信号傳導通路運作情況的分(fēn)析，更好地理解腫瘤耐藥機制及潛在的聯合用藥策略。
IsoPlexis技術通過對免疫學、工(gōng)程學和物(wù)理學的精巧整合設計突破了目前單細胞功能蛋白(bái)分(fēn)析的邊界，在單細胞分(fēn)辨率下(xià)實現對細胞功能和應答表征的獨特見解。它采用微流控技術，通過12,000 個獨立的亞納升級别的微室同時捕獲上千個單細胞。搭配IsoCode 芯片抗體(tǐ)條形碼技術，捕獲每個小(xiǎo)室中(zhōng)單個活細胞分(fēn)泌的多重蛋白(bái)質，或者對單細胞裂解後釋放(fàng)出的多種磷酸化蛋白(bái)進行捕獲，然後通過基于最經典的抗原抗體(tǐ)識别的ELISA 原理的全自動化蛋白(bái)檢測技術，采用獨特的通路特異性多重性檢測策略，捕獲多重蛋白(bái)的熒光信号，一(yī)次可采集多達30 種以上的功能蛋白(bái)質。在檢測中(zhōng)從每個單細胞獲得的蛋白(bái)質組信号将無縫傳輸到IsoSpeak 生(shēng)信分(fēn)析軟件，進行全自動分(fēn)析和可視化呈現，并可直接用于文章發表。
IsoPlexis單細胞功能蛋白(bái)質組學系統由全自動一(yī)體(tǐ)化的檢測設備IsoLight/IsoSpark、整合多種算法的生(shēng)信分(fēn)析軟件IsoSpeak、适用不同細胞亞群和實驗目的的IsoCode芯片及配套試劑組成。檢測設備IsoLight/IsoSpark高度自動化，可以在24小(xiǎo)時内完成單細胞細胞捕獲、細胞培養、成像、蛋白(bái)檢測等一(yī)系列複雜(zá)的流程，最大(dà)限度解放(fàng)雙手并降低人爲操作誤差；IsoSpeak生(shēng)信分(fēn)析軟件用于對得到的海量數據進行綜合分(fēn)析處理。區别于基因檢測複雜(zá)的數據生(shēng)信分(fēn)析處理，IsoSpeak操作界面簡單直觀，無需專業生(shēng)信分(fēn)析背景，即可根據用戶需求輸出包括柱狀圖、熱點圖、3D-tSNE等多種形式、可直接用于文章發表的數據；IsoCode芯片涵蓋免疫、腫瘤、幹細胞等多個熱點領域，且在持續研發拓展應用，以期可以服務更多不同研究方向的用戶。
IsoPlexis技術采用自己獨有的PSI（Polyfunctional strength Index，細胞多功能強度指數）來評估細胞的綜合免疫功能。細胞群體(tǐ)中(zhōng)能分(fēn)泌兩種及以上細胞因子的細胞被稱爲多功能細胞，這群多功能細胞在細胞群體(tǐ)中(zhōng)的占比和他們分(fēn)泌的每種功能蛋白(bái)因子的信号強度加權相乘後得到PSI。相比傳統技術隻關注多功能細胞比例，或僅看功能蛋白(bái)定量，PSI可以更全面、客觀、精準地反應細胞免疫應答功能。相較于群體(tǐ)水平均的功能蛋白(bái)檢測均質化結果，單細胞維度的功能蛋白(bái)的分(fēn)析展示出與體(tǐ)内生(shēng)理學及臨床結局相關性的生(shēng)物(wù)學新價值，在細胞治療、腫瘤免疫治療、新冠研究、炎症性等多個領域被廣泛應用。目前已有多個數據集，可以在臨床前期助力研究人員(yuán)篩選出具有更持久療效的最佳免疫聯合療法、細胞治療或疫苗候選物(wù)；在臨床階段，可作爲一(yī)個新型的特異性生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)，用于預測臨床結局或藥物(wù)受益人群，爲疾病機制探索及藥物(wù)開(kāi)發提供更多依據。更多詳細數據或文獻，可關注IsoPlexis微信公衆号，或聯系IsoPlexis公司工(gōng)作人員(yuán)獲取。
單細胞研究未來的發展需要多組學從不同維度相互補充、相互驗證。IsoPlexis功能蛋白(bái)組技術對免疫細胞功能表型的精确表征，與表征細胞表面表型的流式細胞術，及基因研究的單細胞轉錄組測序等組學技術，正是從不同維度交叉互補，使得對單細胞的研究成爲一(yī)個更完整、嚴謹的循環。我(wǒ)(wǒ)們也期待看到IsoPlexis單細胞功能蛋白(bái)組技術與其它更多組學技術的聯合使用，爲更多領域的研究貢獻有價值的數據。