探索生物新技术 绘制“细胞地图”

2018年，国际学术期刊《细胞》杂志上刊登了一项来自郭国骥教授团队的最新生物技术成果——利用微孔板测序技术构建小鼠细胞图谱。成果一经发表，已在业内引起强烈反响。该团队通过自主研发，研制出低成本、高效率、完全国产化的高通量单细胞测序“Microwell-seq”平台，并在短时间内利用这一平台绘制出全球首个哺乳动物细胞图谱。

郭国骥教授

不忘初心，坚持回国发展

翻看郭国骥教授的履历，有一段海外求学工作的经历，但他的内心更希望能为祖国多做一些事情，为此，他毫不犹豫地拒绝了美国和澳大利亚的科研机构向他伸出的橄榄枝，正如他自己所说：“坚持回国一方面是考虑到日益年迈的母亲需要照顾，另一方面我也希望报效祖国，同样的成果在自己的国家做出来会比在国外做出来更有意义。”

也许正是应了那句话“念念不忘，必有回响” 2014年，30岁出头的郭国骥经由浙江大学“高层次人才引进计划”从哈佛大学医学院回国，担任浙江大学医学院教授、博士生导师，成为浙江大学最年轻的教授、博导之一。

浙江大学极医学院完善的人才引进制度，先进的公共技术平台，都为郭国骥教授开展科研工作提供了极其有利的条件，他充分运用这些软件和硬件资源，在回国的几年内做出了一系列研究成果，相关论文发表在Cell，Cell Research，Genome Biology等权威期刊。并于2017年获得“国家优秀青年基金”， 2019年入选“万人计划”科技创新领军人才。

创新生物技术 绘制细胞地图

在科研创新的路上，郭国骥教授一路前行。早在新加坡攻读博士期间，他就开始对单细胞组学进行探索和研究。回国后，发现中国单细胞测序，尤其是高通量单细胞测序这一领域尚待开发，他迅速投入其中，并组建起一支年轻充满活力和创造力的科研队伍，在他的带领下，团队开始高通量单细胞测序系统国产化的自主研发。

他们率先利用实验室一种普通的材料琼脂糖来大规模制备捕获单细胞的微孔板，同时利用微孔矩阵、分子标记和扩增技术，实现高通量、高精度的单细胞水平分析。经过4年的探索与研究，低成本、高效率、完全国产化的高通量单细胞分析平台“Microwell-seq”诞生了。

Microwell-Seq技术进行单细胞RNA测序的流程主要包括单细胞RNA捕获和测序两大部分。Microwell-Seq技术中用琼脂糖微孔板进行单细胞分离，实验过程中确保每个微孔中最多有一个细胞；然后加入带有特异性标签的磁珠，确保每个微孔中有一个磁珠；接着在微孔中进行细胞裂解，将mRNA捕获在磁珠上；收集磁珠后进行cDNA合成与高通量测序。该技术确保单个细胞mRNA都只同一种特异性标签，进而真正实现单细胞测序和单细胞转录组分析。

Microwell-Seq 高通量单细胞RNA测序试剂盒配套的琼脂糖微孔板含有10万个微孔，单块微孔板一次能分离5千-1万个单细胞，实现了高通量单细胞分离。单细胞分离的关键耗材琼脂糖微孔板以廉价琼脂糖为原料，可重复利用PDMS板为模板制备，极大降低了单细胞分离成本。该平台结合华大制造的国产MGISEQ测序仪，可将单细胞的测序的整体分析费用降到0.02美元左右。这样的成本在世界范围内都具有较为明显的优势。另外，该方法也填补了我国在高通量单细胞测序领域的技术空白。

郭国骥教授运用 “Microwell-seq”平台，对来自小鼠不同生命阶段的近50种器官组织的40余万个细胞进行了系统性的单细胞转录组分析，并在短时间内构建出了全球首个哺乳动物细胞图谱。在研究中，郭国骥教授团队对小鼠的主要细胞类型，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，和免疫细胞亚型进行了详细的描述。任何单细胞表达谱数据都可以通过单细胞比对分析，寻找到它所对应的细胞类型和来源。由于该谱图可以直观、清晰地看到小鼠的细胞地图，被郭国骥形象地称为“细胞地图”。

科学界认为，小鼠细胞图谱的完成无疑将对人类细胞图谱的构建带来指导性意义，并惠及细胞生物学、发育生物学、神经生物学、血液学和再生医学等多个领域。这里的人类细胞图谱构建指的是2017年10月，美国科学家联合多国科学家启动的“人类细胞图谱计划”，在这个计划中，科学家们设想对人体中所有细胞进行分类和测序，系统地描绘人体细胞图谱，并通过这把“钥匙”加深对疾病诊断、监测、治疗的了解。

提到自己绘制的“细胞地图”郭国骥教授内心兴奋，在他看来，图谱中发现的许多细胞类型功能还不清楚，尚有很多值得探索的地方。“能够运用自己的知识，为社会，为国家做一些事情，是自我价值的实现。”而作为世界首张图谱，也让更多的人，对中国年轻科研工作者的实力刮目相看。

郭国骥教授认为，图谱的绘制，是团队共同努力的结果。未来，他将加强团队和实验室的建设，他希望，未来能在单细胞分析技术领域做出更为原创性的成果，实现由点到面的突破，逐步把握领域的话语权，这是他给自己定下的长远目标。

在从事科研工作的同时，郭国骥教授不忘培养人才，“生命科学的研究，不是一代人的事情。”为了更加长远的未来，郭国骥教授希望能培养更多的人才，“如果博士毕业还不能在某些方面超越导师，那这个博士就白读了”他鼓励学生自主创新，在他看来，如果没有主动性，科研工作将会变得十分枯燥。通过言传身教，让他的学生在相对自由和开放的实验室氛围内，学到更多的知识。

这就是郭国骥教授，他将拼搏与创新精神融入科研工作当中，用科研成果书写科研故事，“细胞地图”只是故事的开始，精彩的未来，仍在奋力书写中……