高通量技术如何改善人类健康 助力科学研究？

本文中，小编整理了多篇研究成果，共同解读科学家们如何利用高通量技术改善人类健康，助力科学研究，与大家一起学习！

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【1】Human Gene Therapy：高通量技术揭示AAV衣壳蛋白是如何演化的？

doi：10.1089/hum.2019.339

在最近一项研究中，研究人员使用腺相关病毒（AAV）载体衣壳库的高通量筛选来最大程度地获得具有所需特性的AAV变异体的可能性。这些实验的结果使他们获得了一些意想不到的知识，相关结果发表在Human Gene Therapy杂志上。

这项研究中，研究人员使用高通量筛选带条形码的AAV衣壳库来跟踪定向AAV衣壳的进化。最终目标是能够更快地鉴定出改良的重组AAV载体，以用于临床基因治疗试验。研究者发现，首先，使用多轮选择并不是必须的，实际上可能适得其反。仅经过一轮选择，即可获得功能有效的AAV变体。另外，具有高MOI的感染颗粒比具有低MOI的感染颗粒更加有效，因为使用低MOI会导致筛选之间的差异更大，并且后者并不是最理想的选择。此外，在已经感染了不同的AAV的细胞中，不同的衣壳蛋白之间会发生竞争。

【2】Nat Commun：高通量诊断方法可提高癌症诊断效率

doi：10.1038/s41467-020-14381-2

近日，一项刊登在国际杂志Nature Communications上的研究报告中，来自贝勒医学院，麻省理工学院和哈佛大学开发了单针活检技术进行肿瘤诊断，基于这一技术，研究人员能够对癌症生物学取得更加深入的认识，从而有助于新型疗法的开发。这种新方法结合了基因组学与蛋白质组学的优势：使用来自患者肿瘤的单针核心活检分析了肿瘤遗传物质（基因组学）与深层蛋白质和磷蛋白表征（蛋白质组学）。

为了测试这项新技术，研究者们通过一项初步研究，评估了针对ErbB2的化疗之前和之后48至72小时进行蛋白基因组分析的可行性。他们希望通过评估ErbB2抗体抑制药物靶标的能力来获得治疗后结果差异的见解。

【3】Aging Cell：高通量技术揭示衰老细胞的秘密特征

doi：10.1371/journal.pbio.3000599

衰老细胞出现不可逆的“永久性细胞分裂停滞”是衰老过程和多种慢性疾病的标志。衰老细胞以及它们分泌的相关因子—统称为衰老相关的分泌表型（SASP），被认为是导致衰老和多种与年龄有关的疾病的驱动因素。在最近发表于PLoS Biology杂志上的文章中，研究人员针对人类细胞中的SASP进行了深入研究。他们表明衰老细胞的核心蛋白“标签”伴随着其它衰老相关生物标志物存在于人类的血液中。

基于质谱技术，以及结合了生物信息学技术，作者研究了衰老细胞的分泌蛋白特征。结果表明，SASP的复杂度比此前预期的要高十倍之多。小鼠研究表明，靶向去除衰老细胞对心脏，血管，代谢，神经，肾，肺和肌肉骨骼功能具有正面作用。因此，选择性消除衰老细胞或抑制它们SASP的分泌是治疗人类与年龄有关的疾病的有前途的治疗方法。

【4】Cell Chem Biol：新型高通量筛选平台或能帮助寻找更多癌症免疫疗法新药物

doi：10.1016/j.chembiol.2018.11.011

检查点抑制剂（checkpoint inhibitors）作为癌症免疫疗法治疗因子的一大突破，其能让免疫细胞重新恢复活性从而杀灭癌细胞，一般来讲，这些因子处于抗体，其具有高度的特异性，然而其在机体中并不易扩散；如果科学家们想通过增强免疫细胞杀灭癌细胞的能力，那么就需要多种工具，比如由多种传统小分子组成的庞大文库，他们所需要的就是找到一种筛选方法，即能筛选数千种药物的平台。

近日，一项刊登在国际杂志Cell Chemical Biology上的研究报告中，来自埃默里大学医学院的科学家们通过研究发现，目前在临床中使用的一类名为IAP拮抗剂的药物或能促进机体抵御癌细胞的免疫活性；尽管目前FDA已经批准检查点抑制剂用于治疗多种癌症，但仍有很多患者并没有因此而获益，而寻找能够“松开”其它免疫反应的药物或许就能提高这些患者的抗癌效率，尤其是检查点抑制剂都无法有效治疗的癌症患者。

【5】Science：开发出人工智能驱动的鬼影细胞测定仪，不用产生图像就可高通量识别和分选细胞

doi：10.1126/science.aan0096

在一项新的研究中，日本研究人员发明了一种新的细胞识别和分选系统，并称之为鬼影细胞测定仪（Ghost Cytometry）。这种系统将一种新的成像技术与人工智能（AI）结合在一起以史无前例地高通量速度识别和分选细胞。他们希望他们的方法将用于识别和分选在患者血液中的循环癌细胞、能够加速药物发现和改进基于细胞的医学疗法的疗效，相关研究结果发表在Science期刊上。研究者表示，鬼影细胞测定仪将有助于需要在实验室中对细胞进行分类的研究人员并且让需要快速地和准确地分离和诊断细胞样品的临床医生受益。

在这项研究中，这些研究人员证实鬼影细胞测定仪能够分选至少两种不同类型的具有相似大小和结构的细胞，而且很少发生分选错误。鬼影细胞测定仪能够以每秒1万多个细胞的速度识别细胞，并且以每秒数千个细胞的速度对细胞进行分类。现存的细胞分选机器不能够区分具有相类似形状的细胞类型。人类专家借助显微镜通常以每秒少于10个细胞的速度识别和分选细胞，而且有时还具有较差的准确度。

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【6】Anal Chem：开发出高通量荧光测试方法来筛选CRISPR/Cas9抑制剂

doi：10.1021/acs.analchem.8b01155

CRISPR/Cas9基因编辑技术可能有朝一日治疗目前被认为是无法治愈的疾病。负责切除致病性的DNA片段的Cas9蛋白长期留在体内是不安全的。这就是为什么科学家们正在寻找方法来缩短这种蛋白在消除它的靶标后停留在体内的时间。为了这个目的，在一项新的研究中，来自美国桑迪亚国家实验室的研究人员开发出首个同类型的测试方法，它能够廉价地快速准确地筛选数千种分子是否能够有效地关闭这种DNA切割蛋白，相关研究结果近期发表在Analytical Chemistry期刊上。

CRISPR/Cas9基因编辑技术是建立在细菌的免疫系统之上的。通过使用一种俗称为CRISPR的系统，细菌能够保存来自入侵病毒的DNA片段。当病毒再次发起攻击时，Cas9蛋白经向导RNA（gRNA）招募后结合、切割和破坏病毒DNA。科学家们如今能够像分子剪刀那样利用Cas9和gRNA移除发生突变的DNA序列，并能够校正遗传疾病。这为治疗从癌症到遗传疾病（如肌肉萎缩症和囊性纤维化）到病毒感染（如埃博拉病毒）等各种疾病打开了大门。

【7】Nat Biotechnol：科学家开发出通量高于当前方法40倍的新技术 能同时对数千个细胞有效分析

doi：10.1038/nbt.4112

人类机体中有37万亿个细胞，然而将一种细胞与另外一种细胞进行区分的能力或许并不像我们想象中那么简单，近日，一项刊登在国际杂志Nature Biotechnology上的研究报告中，来自美国俄勒冈健康与科学大学（OHSU）的研究人员通过研究首次开发出了一种新方法，能够快速且有效地识别体内细胞的亚型，相关研究或能帮助研究人员在分子水平上理解多种人类疾病的发生机制。

研究者表示，这种新技术或能帮助研究人员开发出治疗多种疾病的精准疗法，比如癌症、破坏大脑神经元的障碍，以及影响心脏和血管的疾病。同时这种技术还提供了一种新方法来扩大此前研究人员分析细胞类型的方法，这种方法是通过对DNA进行化学标记来对细胞进行有效区分的。

【8】Science：高通量分析上千种微型蛋白，有望引发蛋白工程变革

doi：10.1126/science.aan0693

DNA合成技术取得的进展与利用计算方法设计新的蛋白获得的改进相结合为进入数据驱动的蛋白分子工程的新时代做好准备。在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学和加拿大多伦多大学的研究人员报道了一种新的高通量方法使得对计算设计蛋白的折叠稳定性进行最大规模的测试成为可能。相关研究结果发表在2017年7月14日的Science期刊上。

科学家们想要构建出新的在自然中不能发现的蛋白分子，这些分子能够在阻止或治疗疾病、在工业应用、在能量产生和在环境清理中发挥功能。研究者表示，然而，当在实验室中进行测试时，计算设计蛋白经常不能够形成在设计它们时想要它们具有的折叠结构。

【9】Nature子刊：用高通量免疫测序诊断病毒感染

doi：10.1038/ng.3822

日前，一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中，来自Adaptive Biotechnologies公司的研究人员通过研究证明可提供一种潜在的新颖方法诊断慢性病毒感染。文章中，研究者描述了Adaptive的计算生物学家如何使用该公司的 immunoSEQ 平台和数据集，通过免疫测序手段来确定分析 T 细胞受体谱系，最终用于诊断人类巨细胞病毒（CMV）感染的暴露状态。

研究共同作者选择了CMV进行原理验证实验，这是因为该疾病约占成年人慢性病毒感染的30%-90%，并被广泛研究后建立成为公众人群 T 细胞应答的模型系统。使用公共数据，Adaptive 的研究团队分析了 666 名受试者核心队列的 T 细胞受体全谱系，以及另外 120 名受试者的独立验证队列。研究小组制定了一个统计计算框架，通过 CMV 感染状态对受试者进行分类，然后高精度确认了免疫测序方法可被用于诊断 CMV 的感染状态。此外，该团队使用这种方法证明它在预测受试者的人类白细胞抗原（HLA）等位基因方面也表现良好，表明该方法可用于识别暴露于其他病原体的生物标志，甚至疫苗接种状态。

【10】Cell：基于高通量单细胞转录组测序小鼠全细胞图谱

doi：10.1016/j.cell.2018.02.001

近日，一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中，来自浙江大学医学院的研究人员在单细胞组学技术及哺乳动物全细胞表达谱系分析研究中取得突破性进展。长久以来，生命科学的研究主要针对群体细胞样品进行处理、分析和统计进而获得均值水平的实验结果。直到近几年单细胞组学技术的出现，才使我们能够从单细胞的水平更加精确地解析每个细胞究竟在表达哪些基因，在机体分化、再生、衰老以及病变过程中这些基因的表达又发生哪些变化以及变化的幅度有多大等问题。因此，单细胞组学分析技术不仅在方法学上是继传统的细胞检测、分类和鉴定技术的一次突破，而且其结果也将会对经典的细胞发生、组织分化、器官发育及功能稳态维持的分子细胞机制带来新的理解和认识。

在这项工作中，研究人员自主开发一套高精度、低成本、国产化的Microwell-seq高通量单细胞分析平台，对来自小鼠近50种器官组织的40余万个细胞进行系统性的单细胞转录组测序，构建首个哺乳动物全细胞图谱。该研究基本涵盖了哺乳动物体内的各种主要细胞类型，并对每一种器官内的组织细胞亚型，基质细胞亚型，血管内皮细胞亚型和免疫细胞亚型的基因表达谱进行详细描述，绘制一幅精美的“细胞地图”。（生物谷Bioon.com）

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