干细胞鼻祖Nature Biotech发表细胞追踪新技术

　　

生物通报道  来自美国斯坦福大学的研究人员研发了一种能在异质性细胞群中追踪单个造血干细胞的高通量新技术。这一研究成果在线发表在10月2日的Nature Biotechnology杂志上。

领导这一研究的是斯坦福大学的干细胞生物学与再生医学研究院主任Irving L. Weissma教授，Weissman教授是世界顶级的生物医药科学家，免疫学、癌生物学、干细胞、肿瘤免疫和细胞治疗等领域的权威，美国国家科学院和国家医科院两院院士，文理科学院院士。他曾在世界上最早发现、分离和纯化造血干细胞，并成功用于癌的细胞移植治疗，被誉为“干细胞科学的鼻祖”。数十年来Weissman教授处于基础研究和临床应用国际前沿，发表高水平论文数百篇，创办和共同创办数家著名生物技术和生物医药公司，获得美国和国际各类重大奖项和高级荣誉多项。

造血干细胞（Hematopoietic Stem Cells）是指存在于造血组织中的一群原始造血细胞，具有自我更新能力并能分化为各种血细胞前体细胞，最终生成各种血细胞成分，包括红细胞、白细胞和血小板。造血干细胞是一类异质性细胞群，在细胞大小、比重、形状、行为特征、表面标志、细胞周期、调控机制等方面存在较大的差异。由于各种血细胞群体的复杂性、不均一性以及造血干细胞的稀少，对研究人员广泛开展功能分析和分化研究造成了极大的障碍。近年来尽管随着分子生物学、免疫学、细胞生物学技术的高速发展，造血干细胞的表面标志研究取得了很大进展，为分离纯化及鉴定造血干细胞创造了条件，然而在单细胞水平上对造血干细胞开展研究仍是一件非常困难的事情。

在这篇文章中，研究人员开发了一种新型技术将病毒遗传密码分析（genetic barcoding ，生物通译）技术与高通量测序相结合实现了在体内对单个造血干细胞分化过程的追踪观察。利用这一技术研究人员取得了与活体单细胞移植（single-cell transplantation）术一致的结果，而相比于后者，新技术将实验鼠数量减少了两个数量级，显示了高通量特性。此外，这一技术还具有高敏感性，可用于直接检测如HSCs这般的稀疏细胞群的克隆形成能力。HSC分化过程中克隆观测结果表明放射处理的受体小鼠中移植的HSCs并未均一地形成血细胞，而是以同时两种不同的形式在小鼠体内分化。

新研究开发出了一种具有高通量及高灵敏特性的造血干细胞追踪技术，研究人员表示未来这一技术不仅可用于干细胞研究，还将有可能广泛运用于体内外各种易受病毒感染的细胞类型实验研究。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Tracking single hematopoietic stem cells in vivo using high-throughput sequencing in conjunction with viral genetic barcoding

Disentangling cellular heterogeneity is a challenge in many fields, particularly in the stem cell and cancer biology fields. Here we demonstrate how to combine viral genetic barcoding with high-throughput sequencing to track single cells in a heterogeneous population. We use this technique to track the in vivo differentiation of unitary hematopoietic stem cells (HSCs). The results are consistent with single-cell transplantation studies but require two orders of magnitude fewer mice. In addition to its high throughput, the high sensitivity of the technique allows for a direct examination of the clonality of sparse cell populations such as HSCs. We show how these capabilities offer a clonal perspective of the HSC differentiation process. In particular, our data suggest that HSCs do not equally contribute to blood cells after irradiation-mediated transplantation, and that two distinct HSC differentiation patterns co-exist in the same recipient mouse after irradiation. This technique can be applied to any virus-accessible cell type for both in vitro and in vivo processes.