我国科学家突破单细胞分析技术瓶颈 原创平台登顶《科学》期刊

据新华社杭州1月2日电 记者从中国科学院杭州医学研究所获悉,由谭蔚泓院士与吴芩研究员团队合作建立的SPARK-seq平台近日在国际学术期刊《科学》发表。

该平台以单细胞为解析单位,将细胞膜表面标志物的发现与能特异性结合靶标的核酸适体探针获取合并到同一流程中,为疾病标志物筛查、原创靶点发现以及后续转化应用提供了新的技术路径。

问题:不少重大疾病“缺药”背后,一个关键瓶颈在于靶点不清。

细胞膜蛋白位于细胞与外界环境的交界面,是信号传递、物质运输和免疫识别的重要载体,也常是药物设计优先考虑的作用对象。

但在复杂的生理环境中,细胞类型高度异质,尤其在肿瘤等疾病中,“同一组织、不同细胞”呈现不同分子特征,传统以群体细胞平均值为依据的筛查方式,容易掩盖少量关键细胞的真实信号,导致潜在靶点难以被准确捕捉。

原因:核酸适体因具备高特异性、高亲和力等特点,近年来被视为重要的分子识别工具,可作为诊断探针、靶向递送“导航”分子等。

然而,传统适体筛选方法步骤多、周期长、通量有限,且往往难以在贴近生理的条件下系统寻找“此前未知”的膜表面标志物,导致从“发现线索”到“获得可用探针”的链条断裂或效率不高。

换言之,既要在复杂环境里找到真正与疾病相关的细胞膜靶标,又要同步获得可直接用于验证和应用的识别分子,是长期存在的技术难题。

影响:研究团队介绍,SPARK-seq通过在单细胞层面进行并行化识别和筛选,实现了“发现靶标”与“获得适体”同平台完成。

与传统筛选手段相比,该平台在筛选效率上可提升百倍以上,并可更高精度锁定潜在癌症标志物与治疗靶点。

吴芩表示,该平台相当于在单细胞层面部署“分子雷达”,能够大规模并行识别细胞表面与疾病相关的分子特征,并同步获得能特异性结合的核酸适体探针。

业内人士认为,这一思路有望缩短从基础研究到临床前验证的路径,为后续药物靶点确认、患者分层与伴随诊断开发提供更加直接的工具支持。

对策:在精准医学不断推进的背景下,提升靶点发现与验证的效率,关键在于“更细颗粒度”的测量能力和“更闭环”的技术链条。

一方面,需要在贴近生理状态的条件下识别真正与疾病过程相关的细胞群体与膜表面分子特征;另一方面,需要形成可重复、可扩展的筛选流程,使获得的探针能够快速进入功能验证、成像检测或靶向递送等环节。

SPARK-seq所体现的“一体化”理念,为提升科研效率、降低试错成本提供了可借鉴的路径。

当然,从实验室方法走向广泛应用仍需在样本多样性、数据标准化、跨平台验证等方面持续完善,并加强与临床需求的对接,推动技术在真实疾病队列中的可用性评估。

前景:随着单细胞技术、组学数据与分子识别工具的融合发展,未来靶点发现将更注重从“群体平均”走向“细胞级精准”。

SPARK-seq若在更多疾病类型、更多样本来源中得到验证,有望在肿瘤早筛与复发监测、免疫治疗靶点挖掘、耐药机制研究以及罕见病分子分型等方向释放潜力。

更重要的是,对于因靶点不明而缺乏有效疗法的疾病,该类平台有望为寻找“可药化”的细胞膜靶点提供新的入口,并推动形成从标志物发现、探针获取到应用验证的加速通道。

科学研究的价值不仅在于发现问题,更在于为解决问题提供可行方案。

SPARK-seq平台的成功研发,既是我国科学家面向国家重大需求、勇攀科技高峰的生动写照,也为全球精准医学发展贡献了中国智慧和中国方案。

从实验室到临床应用,从技术突破到惠及患者,这条道路虽然仍需时日,但方向已然明确。

期待更多类似的原创性成果涌现,让科技创新真正成为守护人民健康的有力武器。