CRISPR-Cas9 基因編輯技術的廣泛應用，推動基因功能研究進入高通量時代。然而，傳統(tǒng)單細胞 CRISPR 篩選技術存在細胞分離效率低、數(shù)據(jù)分析周期長等問題，限制了全基因組篩選的大規(guī)模開展。Illumina 即將推出的高通量單細胞 CRISPR 制備技術，以 “粒子模板即時分區(qū)"（PIP）聚合物為核心，結合 NovaSeq X 測序儀與 DRAGEN 加速分析系統(tǒng)，實現(xiàn) 100 萬個細胞反應規(guī)模的高效篩選，為基因編輯研究帶來革命性突破。
PIP 聚合物技術是該系統(tǒng)的核心創(chuàng)新點。傳統(tǒng)單細胞分離多采用微流控芯片技術，存在細胞堵塞、分離效率低（約 60-70%）的問題。PIP 聚合物通過特殊的多孔結構，在微流控通道中形成獨立的 “粒子模板分區(qū)"，每個分區(qū)可精準捕獲單個細胞，分離效率提升至 95% 以上。同時，PIP 聚合物表面修飾的特異性抗體，能與細胞表面標志物結合，實現(xiàn)對特定細胞亞群的富集，例如在免疫細胞 CRISPR 篩選中，可針對性分離 T 細胞、B 細胞等，提高篩選的精準性。
在文庫構建環(huán)節(jié)，該技術采用 “原位逆轉錄" 策略，將 CRISPR 向導 RNA（gRNA）與細胞 mRNA 的捕獲、逆轉錄過程整合在同一分區(qū)內，減少樣本損失。傳統(tǒng)文庫構建需經過多步轉移操作，樣本損失率可達 30-40%，而原位逆轉錄技術將損失率控制在 5% 以下，尤其適合稀有細胞樣本的篩選。此外，系統(tǒng)配備的 “gRNA 條形碼標記" 功能，為每個 gRNA 添加條形碼，可同時追蹤 10 萬個以上的 gRNA 靶點，實現(xiàn)大規(guī)模基因編輯效果的平行分析。
測序與數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)的協(xié)同優(yōu)化，進一步提升篩選效率。NovaSeq X 測序儀的高通量特性，可在 24 小時內完成 100 萬個細胞樣本的測序，產生約 500Gb 的原始數(shù)據(jù)。DRAGEN 加速分析系統(tǒng)則通過硬件加速與算法優(yōu)化，將 gRNA 定位、基因編輯效率計算等分析步驟的時間縮短至 8 小時，相較于傳統(tǒng)生物信息學分析流程（約 48 小時），效率提升 5 倍。同時，DRAGEN 系統(tǒng)內置的 “脫靶效應分析" 模塊，可通過比對參考基因組，檢測 CRISPR 編輯過程中可能出現(xiàn)的脫靶位點，為基因編輯的安全性評估提供依據(jù)。
目前，該技術已在腫瘤耐藥基因篩選、信號通路解析等領域展開驗證。在腫瘤研究中，科研人員通過對 100 萬個癌細胞進行 CRISPR 篩選，成功鑒定出 30 余個與化療耐藥相關的基因，為開發(fā)逆轉耐藥的靶向藥物提供靶點；在干細胞研究中，該技術助力解析多能性維持相關基因的調控網絡，為干細胞定向分化提供新策略。隨著技術的成熟，Illumina 高通量單細胞 CRISPR 制備技術有望成為基因功能研究的常規(guī)工具，推動基因編輯從 “靶向編輯" 向 “全景篩選" 邁進。
關鍵詞：Illumina 單細胞 CRISPR PIP 聚合物 DRAGEN 加速分析 全基因組篩選
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