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單細胞免疫組庫

深入挖掘生命機理

產品介紹

免疫組庫(Immune Repertoire,IR)是B/T淋巴細胞抗原受體多樣性檢測,即BCR/TCR的多樣性。BCR和TCR一般由可變區(V區)、多變區(D區)、連接區(J區)、恒定區(C區)構成, V(D)J區域在遺傳過程中發生重排或重組,形成大量不同的組合形式,導致BCR和TCR基因序列多樣性極其豐富,這些序列多樣性集合稱為免疫組庫。

單細胞免疫組庫測序(scVDJ-seq )是基于10x Genomics平臺的微流控和油滴包裹技術,在單細胞水平同時檢測轉錄組基因表達和TCR/BCR多樣性,不但可以了解TCR/BCR克隆型,還可以聯合轉錄組數據深入挖掘生命機理,為免疫組學研究提供更高效的平臺,在腫瘤微環境、感染性疾病、自身免疫疾病等研究領域有著廣泛的應用前景。

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單細胞免疫組庫測序技術原理

10X genomics 實驗流程

利用10× Genomics平臺完成單細胞的分離、反轉錄成cDNA后,將cDNA一分為二,同時進行TCR/BCR的V(D)J建庫和5’單細胞轉錄本建庫,并連接測序引物,獲得每個細胞5’基因表達數據和V(D)J全長序列信息,獲得數據進行細胞亞群聚類、細胞表達特征、標記分子篩選、免疫組庫克隆型等分析。

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單細胞免疫組庫測序實驗流程圖

百邁客推出10x genomics 單細胞免疫組庫升級版2.0,使用chipK芯片和dual index,全新體驗,性能更優。

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單細胞免疫組庫V2.0 vs V1.1
高靈敏度

高覆蓋率

高匹配率

低錯配率

產品優勢

高通量

基于10x Genomics單細胞捕獲平臺可實現上萬個細胞的免疫組庫多樣性檢測

高分辨率

可獲得真正單細胞水平的的免疫組庫信息

信息全面

擴增區域是V(D)J全長基因序列,獲取免疫組庫多樣性更全面

雙鏈精準匹配

單細胞水平可高效匹配BCR的重鏈和輕鏈以及TCR的α鏈和β鏈

單細胞表達

同時測定同一細胞匹配的免疫組庫(TCR/BCR)信息和5’基因表達

經驗豐富

累計制備100余種組織類型、3000+例的單細胞樣本

強大生信分析

實現單細胞免疫組庫和基因表達聯合分析,挖掘更多的細胞互作,提供個性化分析

應用方向

腫瘤治療

研究多種腫瘤類型(結直腸癌、卵巢癌、肝癌、黑色素瘤等)的浸潤淋巴細胞,捕捉腫瘤發生時免疫微環境的變化,尋找免疫治療的靶點,從而輔助免疫治療更好的抗擊腫瘤。

移植和免疫重建

器官或者骨髓移植時,經常會誘發宿主排斥反應的發生,從而發生慢性移植抗宿主病。免疫組庫測序技術可以檢測移植后T細胞庫,進行從而識別移植后感染或者復發的高危人群

自身免疫疾病

分析異常表達的免疫細胞(T細胞或抗體),發現臨床診斷的標志物。尋找優于現有標準的生物標記物、研究免疫系統在自身免疫中的機制,從而為疾病的診療提供依據。

用藥及疫苗評估

對疾病用藥后的外周血樣本進行評估,確認藥物是否激發免疫反應及其功效;獲得特征性的BCR(Ig)序列,縮短抗體開發的流程

其他方面

免疫組庫在感染性疾病、免疫譜的差異狀態調查、免疫療法研究等方面提供重要的依據。

單細胞水平檢測更有利于揭示免疫組庫克隆性、多樣性、抗原特異性和細胞微環境。

結果展示

單細胞轉錄組分析

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tSNE降維細胞分群
2
細胞軌跡分析

單細胞免疫組庫分析

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CDR3 多肽序列長度分布
4
V-J paired circos 圖
5
V-D-J 基因對展示

單細胞轉錄組與單細胞免疫組庫聯合分析

6
TCR/BCR 注釋 t-SNE 圖
7
特定克隆型表達分布

常見問題

一般免疫組庫如何檢測?

一般來說B細胞或者T細胞受體TCR/BCR傳統研究存在很多局限性,其建庫基于對TCR/BCR特征序列的捕獲,只能使用多重PCR、5’RACE來研究CDR3區域,無法獲得V(D)J基因全長序列、重鏈輕鏈/αβ鏈配對信息、T/B細胞克隆之間的關系、受體與特定抗原之間的對應關系等。此外,傳統免疫組庫研究基于細胞群體,單個或少量細胞研究往往受限。自2015年10x Genomics 平臺的推出,大大加快了免疫組庫研究領域的應用,同時實現了單細胞水平的高分辨,解決傳統方法的局限性,降低了單細胞免疫組庫研究的門檻。

 

比較

10x Genomics 5’RACE 多重PCR
檢測原理 多重PCR 從低豐度的轉錄本快速擴增cDNA的5‘末端 多重PCR
擴增區域 全長 CDR CDR3
雙鏈匹配 精準匹配兩個BCR/TCR鏈對 只能檢測TCR和BCR一條鏈的序列信息 只能檢測TCR和BCR一條鏈的序列信息
優點 VDJ全長;

TCR/BCR同時檢測;

一次分析上千個單細胞TCRα/β和BCR重鏈和輕鏈信息和基因表達重復性高

可最大程度避免PCR擴增偏向性 不用打斷,數據完整
缺點 組織樣本制備單細胞懸液比較復雜 操作繁瑣,實驗打斷會丟失部分序列,重復性不如多重PCR PCR擴增偏向性 無法檢測V等位基因的突變信息
單細胞表達 可同時獲得單細胞表達譜 無法實現 無法實現

克隆型(Clonotypes)鑒定的意義?

通過單細胞免疫組庫測序獨特的V(D)J數據,精確匹配完全相同的有效CDR3核酸系列的Cell barcodes組合在一起,稱為克隆型。單細胞免疫組庫測序可以分析CDR3克隆型及每個克隆型包含的細胞的數目。通過克隆型的鑒定可以對細胞進一步分群,并通過優勢克隆尋找特殊的細胞類型,指導耐藥機制、疫苗抗體研發、腫瘤治療等方面研究,利于揭示免疫組庫克隆性、多樣性、抗原特異性和細胞微環境。

單細胞免疫組庫數據分析軟件 Cell ranger V(D)J都有哪些?

單細胞免疫組庫數據利用10x 官網軟件 Cell ranger V(D)進行處理,主要有clontypes鑒定分析、樣本相關性、CDR3特征分析、 V/D/J基因使用頻率分析等。具體詳情見解析:10x單細胞免疫組庫VDJ數據分析就看它

經典案例

乳腺腫瘤微環境中多種免疫表型的單細胞圖譜

了解腫瘤微環境中免疫細胞的表型,對于癌癥進展和免疫治療反應的研究至關重要。研究者使用單細胞RNA測序分析了來自8位原發性乳腺癌患者的45,000個免疫細胞,觀察到正常免疫細胞與腫瘤組織中免疫細胞之間有顯著相似性,但后者針對腫瘤微環境出現特異性連續表型擴展;并通過單細胞免疫組庫測序檢測另外27,000個T細胞轉錄組基因表達和T細胞受體(TCR)多樣性,結果揭示了TCR組合使用對表型多樣性的影響。單細胞免疫組庫和單細胞RNA數據聯合分析更有利于研究腫瘤微環境、尋找免疫治療的靶點,輔助腫瘤診療。

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單細胞免疫組庫測序-5’基因表達&V(D)J聯合分析揭示TCR重新組合對表型多樣性的影響

文獻原文:Single-cell Map of Diverse Immune Phenotypes in the Breast Tumor Microenvironment. 2018, Cell, IF=38.637

文章資訊

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