单细胞测序技术的出现,为解析细胞异质性提供了革命性工具,使研究者能够深入探究单个细胞的基因表达模式,推动了胚胎发育、肿瘤生物学等领域的突破性进展。然而,传统单细胞测序依赖细胞裂解的分析模式,难以捕捉细胞真实的动态生理状态。近年来,基于 FluidFM 技术的 Live-Seq 方法实现了关键突破,在保持细胞活性的前提下完成转录组分析,为单细胞研究开辟了全新维度。
单细胞 RNA 测序(scRNA-seq)通过分离单个细胞、裂解后提取 RNA 进行分析,已成为解析细胞亚群特征的核心手段。但该技术存在显著局限:
动态分析缺失:细胞裂解后无法对同一细胞进行时序追踪,仅能获取某一时刻的 "静态快照",难以研究细胞周期、分化过程中的基因表达动态变化。例如,无法直接观察干细胞分化过程中基因表达的连续转变,只能通过不同时间点的细胞群推断轨迹。
样本处理偏差:细胞分离、酶解及裂解操作会激活应激反应,导致热休克蛋白、炎症因子等基因异常表达。研究证实,机械分离可使细胞应激相关基因表达上调 2-3 倍,干扰对细胞固有状态的判断。
表型关联断裂:细胞被破坏后,无法将转录组数据与细胞形态、功能(如迁移能力、分泌活性)或后续表型变化直接关联,限制了基因表达与细胞功能关系的深入解析。
瑞士科研团队基于 FluidFM(流体力显微镜)技术开发的 Live-Seq 方法,实现了活细胞转录组的无损分析,其技术原理与优势体现在:
FluidFM 整合原子力显微镜与微流控系统,通过纳米级探针(直径 0.5-2 微米)实现高精度操作。Live-Seq 核心流程包括:
单细胞定位:显微镜下识别目标细胞,控制探针轻柔接近;
无损取样:通过微流控通道施加温和负压,提取皮升级(10⁻¹² 升)细胞质,仅占细胞体积的 5%-10%,不破坏细胞膜;
RNA 处理:样本立即与保护缓冲液混合,经优化的 Smart-seq2 方法完成 cDNA 合成与扩增;
测序与追踪:高通量测序后,对取样细胞继续培养观察,实现转录组与细胞活性的同步分析。
多功能单细胞显微操作系统- FluidFM
Live-Seq 的突破在于 "无损性" 与 "动态性" 的结合:
保持细胞活性:实验显示取样后细胞存活率超 80%,仍能正常分裂、分化。成纤维细胞取样后仍可迁移并表达胶原蛋白,证明功能完整性;
真实转录组捕获:避免应激反应干扰,应激基因(如 HSP 家族)表达水平较传统方法降低 40%-60%,细胞周期基因表达更贴合实际分裂阶段;
动态追踪能力:通过多次取样可构建同一细胞的转录组时间序列。在细胞周期研究中,成功捕捉到 G1/S 期转换时 cyclin 基因的连续上调;
表型关联分析:实现转录组数据与细胞形态、功能的直接对应,如将免疫细胞的细胞毒性与基因表达模式关联。

Live-Seq 技术为单细胞研究提供了全新范式,其应用潜力与发展方向包括:
在细胞动力学领域,可追踪干细胞分化过程中的基因表达动态,揭示细胞命运决定机制;在免疫研究中,实时监测 T 细胞激活过程的转录组重塑,解析免疫应答启动机制;在微生物研究中,分析菌群个体的基因表达异质性及环境适应过程。
在肿瘤研究中,可关联癌细胞转录组与耐药表型,识别化疗耐药关键基因;在再生医学中,筛选具有特定转录组特征的干细胞,预测分化潜能;在传染病研究中,追踪病毒感染过程中宿主细胞的转录组变化,解析病毒 - 宿主相互作用。
未来将聚焦于:提高低丰度 RNA 捕获效率,提升测序深度;拓展至蛋白质组、代谢组等多组学分析;开发自动化系统提高通量;结合空间转录组技术,实现组织原位的无损测序,保留细胞空间位置信息。
Live-Seq 技术通过无损取样突破了传统单细胞测序的局限,实现了细胞转录组的动态、真实分析。其不仅推动基础研究中细胞动态过程的解析,更为临床研究提供了基因表达与细胞功能关联的新工具。随着技术完善,Live-Seq 将推动单细胞测序向更高分辨率、多组学整合方向发展,为生命科学与精准医学带来更广阔前景。
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