细胞是生物体的最小构成单位，也是生命活动的基本功能单位，生命系统的本质是不同类型细胞之间的相互作用网络，对单个细胞开展研究有助于更深入的了解生命活动的复杂机制。早期受技术限制，单细胞层面的研究往往仅限在单个细胞或者微量群体细胞水平，能够检测到的信息还是相对有限。但目前单细胞技术的现状和发展如何？

本期邀请欧易生物单细胞事业部总经理张志明，就单细胞的现状与未来进行了深入交流。

 

嘉宾介绍

 

张志明

欧易生物单细胞事业部总经理

 

毕业于兰州大学，拥有近 10 年药企 CRO 项目处理经验，15 年科研技术服务从业经验，熟悉高通量组学检测技术，曾担任生物芯片国家工程（上海）中心研发工程师，美国 Affymetrix 亚太区高级技术支持，伯豪生物销售总监。

2018 年加入欧易生物后，先后担任大客户部总监，华中和西南区销售总监，产品线总监。2018 年参与搭建单细胞技术平台，建立了行业高水平的单细胞科研服务中心；2020 年成立单细胞事业部，全面负责单细胞技术平台的运营。平台至今已完成超 6000 例单细胞实验样本，协助客户发表 30+ 篇高水平文章；推动研发多项单细胞组学自主产权技术，目前已有 4 项专利申报。完成搭建多种癌症组织单细胞数据库，积极探索单细胞相关技术的临床应用。

  

Q1：我们看到，近年来单细胞测序成为新的热点技术，越来越多的研究者正奋力开拓这一领域。首先，想请您概括介绍下，如今国内单细胞行业的发展现状是怎样的?

 

张志明：过去 5 年里，单细胞测序技术的快速发展极大地加速了生物医学领域的相关研究，让科研人员以更广的维度来研究生命的本质。随着 2013 年单细胞测序技术被 Nature Methods 杂志评选为年度技术；2019 年单细胞多组学技术再次被 Nature Methods 杂志评选为年度技术。进一步说明单细胞测序未来在基础科研乃至医学、农学等各个应用研究领域具有无限的潜力，将是未来科学发展的重要方向。

行业报告分析显示，到 2025 年全球单细胞市场将达 53.2 亿美元，年复合增长率为 16.5%。这一重要的市场规模和增长预期，将是众多资本和生物科技公司角逐的竞技场。

★ 科技服务市场

传统的科技服务公司都先后引进成熟的单细胞平台（以 10x genomics，BD Rhapsody 等平台为主），单细胞测序业务已成为这些公司业务的重要组成部分，单细胞业务占比也逐年提升。行业比较知名的公司有，欧易、博奥、诺禾、安诺、贝瑞、百迈克、晶能、伯豪、烈冰、联川和基迪奥等。主要还是以北上广等科研实力较强的城市，这也为单细胞测序样本要求新鲜度高，处理及时提供了区域的便利性。

★ 平台创新发展

单细胞技术光明的前景也催生了国内诸多科技创新型企业角逐单细胞市场。像成立于 18 年的新格元，致力于开发简便可靠的单细胞组学技术，拥有自主产权的仪器，试剂和生物信息分析软件等整体解决方案。也获得了多家资本方的青睐。15 年成立的寻因生物，也自主开发了高通量单细胞转录组测序试剂盒，加速推动了单细胞测序技术的临床转化应用。万乘基因也建立了自主知识产权的设备，试剂和分析平台，不久即将市场化推广。浚惠生物是为数不多的将单细胞技术走向临床的公司之一，其开发出的单细胞分选设备已获得临床医疗器械注册。来自哈佛团队的墨卓生物也开发出了高通量单细胞测序系统，基于分析标签和授权的油包水技术，实现了高效率的细胞捕获和成本的大幅下降。

国内从事单细胞技术开发的团队还有很多，相信不久的将来，单细胞市场不再是以欧美的技术为主导，真正实现技术国产化，大幅降低成本，惠及更多科科学研究，加速科研向临床的转化，让单细胞技术为生命健康服务。

  

Q2：从技术角度来讲，相比以往测序技术，单细胞测序的主要优势有哪些?您如何评价该技术的未来发展前景?

 

张志明：传统的测序，无论是 DNA 测序、RNA 测序、表观还是蛋白代谢检测，都是基于细胞群体，提供的信息是成千上万个细胞的平均值，这种测序方法忽略了细胞的异质性存在。人体的每一个组织都有大量不同的细胞类型，每个细胞类型都扮演着不同的角色，行使不同的功能，它的发生发展状态也会和周围的环境发生一定的相互作用。

单细胞技术就是以单个细胞为单位，研究单个细胞的基因组或转录组，提供细胞间变异的高分辨视图。探索复杂组织中单个细胞的不同生物学特性，了解细胞亚群对环境因素的反应，有助于研究细胞功能，细胞分化，增殖和肿瘤发生的机制。正式由于其在生命科学研究中的发挥了重要作用，目前已成为生命科学研究的热点。

2013 年单细胞技术被 Nature Methods 评为年度技术。同年 Science 杂志将单细胞测序列为年度最值得关注的六大领域之首，认为该技术将改变生物界和医学界的许多领域。2015 年单细胞测序技术再次登上了 Science 封面。

★ 市场的驱动和临床问题的解答是技术发展的源动力

（1）科研层面
单细胞技术已经应用于研究机体各个器官和组织的发育和疾病机理。目前大家关注较多的是单细胞转录组学，单细胞层面多组学，如基因组、表观组、蛋白组和代谢组等目前还存在一定的瓶颈，未来技术和设备的升级，势必会扩大单细胞技术的应用范围。

（2）临床层面
单细胞测序也是实现精准医疗的重要工具。在解答肿瘤异质性，肿瘤免疫治疗，如发现/确认新的靶点等方面可以提供很大帮助。

当前受仪器和试剂成本的影响一定程度上限制了市场的扩展，随着市场、资本和创新力的协同发力，成本一定会逐步下降，也会进一步拉升市场的增量。

  

Q3：虽然单细胞技术价值无限，但其并非完美无缺。请问，您认为该技术的主要痛点问题有哪些?作为欧易生物单细胞事业部总经理，您是如何带领团队应对这些棘手问题的?

 

张志明：单细胞技术经过 10 年的发展，在生命科学研究中得到了广泛的应用。未来相当长一段时间内，技术层面还会有长足的完善空间。每一个新技术也都是经过了不断迭代才发展起来的，就像早期的二代测序一样。目前单细胞测序的痛点主要集中在以下几个方面：

（1）单细胞悬液制备难于标准化
基于酶学的样本处理方法，大都会存在一定程度的解离偏好性，即不同的酶处理不同的组织往往会有不太一样的「效果」，而这种效果不仅仅反应在细胞得率，细胞活性和细胞碎片等参数上，往往也会在最终细胞类型有所反映，比如可能会导致部分稀有细胞的丢失，细胞比例的失真等，从而偏离组织的真实状态。另外，细胞悬液的制备过程较长，通常需要 3-5 小时，这个过程会导致细胞处于「应激状态」中，转录的过程可能已经发生变化，偏离临床实验的终点设计，会对结果的判断造成一定的影响。

针对如上问题，欧易团队从已发表的高影响力的文献中，汇总出针对不同类型组织的处理方法，确保实验结果与文献并轨（同频）。对于应激问题，我们也开发出了低温解离方法，使样本始终处于「休眠」状态，从而保证了样本符合临床取样终点，还原其生物学的真实状态。另外细胞核测序也是一个替代的选择，对样本的要求较低，可以解锁大量临床信息明确、低温冷冻的标本。细胞核制备也不依赖于酶学，全程在低温环境，也能真实还原样本的临床状态。欧易在细胞核测序的核悬液准备上积累了很多经验。

（2）基因检出率低
当前主流的单细胞平台对基因的捕获效率较低，常见的临床标本，可检测到的基因中位值在 1-5k 不等，占总基因数的 10-20%。低丰度的基因往往捕获不到。

（3）测序数据的高背景
单细胞测序数据的背景噪声大。单个细胞 RNA 含量很少，扩增和捕获效率的微小变化，就可能在细胞间产生与生物学无关的巨大差异。批次效应处理是单细胞数据分析中必须考虑的因素之一。在不同日期制备的相似样本，可能会因为纯粹的技术原因而不尽相同，矫正和过矫正也仍是数据处理中非常棘手的一件事情。

（4）分析的个性化与标准化
伴随越来越多的科研人员开始使用单细胞测序的实验方法，处理数据分析仍然具有挑战性。如何定义质控标准、细胞类型判断，去除技术层面的假象和解释结果的指导方针有限。而且，随着单细胞成本的降低，实验规模的扩大，数据分析的负担也随之增加。市面上很多公司的标准化分析往往满足不了客户的需求，客户需求的是个性化分析。长时间、高频的与客户互动，不断调整参数尝试，势必会对公司后台带来了很大的压力，但售后过程也能体现公司的服务水平和服务能力。

（5）成本高
动辄几万的成本在一定程度上限制了单细胞技术的应用。当前主流的技术还是以国外技术为主，不过随着国内单细胞仪器公司的研发推进，在不久的将来，单细胞测序的价格一定会有大幅的下降，会让更多的科研工作者使用到单细胞技术，推动生命科学研究。

  

Q4：以您对单细胞行业的多年深入理解和洞察，在这些痛点问题中，您认为哪些是有望在不久的将来实现技术上的大突破的?在这些技术攻关方面，欧易生物投入情况如何?

 

张志明：随着单细胞市场化的逐步深入和技术的不断升级迭代，仪器和试剂的成本一定会逐步降低。目前的市场场景与二代测序初期有点类似，测序价格非常昂贵，能利用二代测序技术的客户也很少。经过十几年的发展，测序技术不断升级，通量也越来越高，价格已经降到人人都可以接受的地步，已经作为分子生物学实验最常规的技术手段。可喜的是，目前单细胞市场有很多国内从业者也涉足单细胞仪器和试剂的研发，这一定会加速单细胞市场的普及，推动产业的快速发展。欧易生物也在单细胞研发上投入精力，目前在研的多组合标签技术，力争让单细胞降至千元级别。

样本处理的标准化和实效性也是当前的痛点之一。当前的单细胞实验对样本的要求较为苛刻，临床标本往往越新鲜越好，越能接近临床生物学状态。这就要求样本在手术之后能尽可能快的得到处理，同时处理过程也需要更加标准化，减少人为与环境因素的干扰。目前主流的样本处理方法都是酶学方法，处理时间较长，长时间的处理也势必对组织的生物学产生影响。欧易生物也开发了低温解离试剂盒，让样本处理过程全程保持低温，「冷冻」样本的临床状态，减少处理过程的影响。

单细胞多组学检测一定是未来发展的趋势。当前主流的单细胞技术都集中在转录层面上，其实单细胞蛋白组，单细胞代谢组，单细胞表观组等都是生命科学研究等重要内容。单细胞蛋白组和代谢组受制于质谱仪器的灵敏度，目前还存在一定的难度。欧易生物依托于旗下鹿明生物已经开展单细胞蛋白组和空间代谢组的检测，这是单细胞转录组研究的重要补充。随着空间转录组技术的出现，获得了组织空间维度的表达图谱，完成了组织空间异质性的分析。未来，多组学的结合分析将是解析生命进程的有力工具。

  

Q5：在与诸多企业角逐国内单细胞市场的过程中，欧易生物采取的策略是什么?如今成效如何?

 

张志明：单细胞技术的飞速发展，让更多的同行企业共享这一红利。当前市场上主流的技术平台还是以 10x Genomics 和 BD RhapsodyTM 为主。同时，我们也看到国内的一些优秀企业也嗅到了先机，开发出了具有自主产权的单细胞分选设备，为科研工作者提供了更多的选择。

欧易生物是国内少数具备 10x Genomics 和 BD RhapsodyTM 单细胞测序双平台的机构之一。这两个平台在单细胞分选标记上的原理不同，在实际需求中对不同的样本有一定的互补性。仪器本身并不昂贵，但对样本和数据处理的经验要求比较高。

欧易生物始终坚持解决客户科研路上的「最初一公里」和「最后一公里」的艰难时刻。「最初一公里」就是样本，样本是研究的「食材」，好的「食材」往往需要经过精心烹制才能更美味。在过去的 3 年里，我们处理了上万了样本，积累了丰富的经验，解决了临床样本取之不易的后顾之忧（窘境）。「最后一公里」才是研究的关键，数据的生物学意义，结果的展示，成果的输出都是客户和我们共同关注的。3 年来，我们助力科研客户发表 35+ 篇单细胞文章，部分文章我们还是作者单位。客户的信任与支持，是我们做好服务的不竭动力。

  

Q6：未来 3-5 年，欧易生物在单细胞领域的发展目标是什么?具体有哪些布局?

 

张志明：随着单细胞技术的成熟和成本的降低，其在生命科学研究中的应用场景也会更加广泛，会被越来越多的研究者所接受和使用。欧易生物自 2018 年建立单细胞平台以来，已逐渐形成自己的特色和优势。三年来，单细胞业务年均保持 100%+ 的增长幅度，公司对单细胞技术的未来充满信心。

★ 产品研发层面

我们将持续加大单细胞相关的研发投入，从样本的处理优化（低温解离和核制备体系）到多组合标签技术的开发应用，从单细胞转录组学到单细胞多组学（蛋白组和代谢组），从数据分析的标准化和流程化到交互式云平台输出可视化报告。无限接近临床，探索生命活动本质，回归科研初心，用更好的产品诠释和解决临床和生物学问题。

★ 在服务广度上

未来 3-5 年将持续加大单细胞技术的服务广度，拓展单细胞基因组、单细胞蛋白组、单细胞代谢组和单细胞表观组等多组学的产品应用，其中基于质谱技术的空间代谢（近单细胞水平）检测已经由旗下鹿明生物完成。通过对多组学的整合分析，建立不同组间数据的关系，从多个维度对生物系统进行全面了解。

★ 在服务深度上

将通过引进行业高层次人才，加强与客户端的对话深度，加速研究的产出和转化。样本处理的及时性是当前客户最为关心的问题之一，为了解决样本处理的及时性，欧易生物先后在北京、广州建立了联合实验室，满足了远端客户的需求。未来会跟更多的客户开展深度合作，构建横向和纵向的服务网络。把欧易生物打造成能提供单细胞多组学服务的标杆企业。

★ 在药物研发领域

我们看到单细胞在生物医药行业的广阔应用场景，已经与国内多家药企开展了深度合作，力图建立单细胞测序在药物研发和免疫治疗方向的行业质量标准，为行业建立标杆，加速药物研发进程。

★ 在产业布局上

通过技术合作或并购方式积极同行业新兴企业开展合作，谋略未来成长机会和空间，打造健康的服务生态。

 

 

精彩回顾

 

1.《新品上线 | 单细胞测序解离试剂盒重磅发布》

2.《欧易超话 | 语录分享第二弹》

3.《外泌体small RNA文库风险早知道》