10x单细胞升级，解读GEM-X带来了哪些亮点？

近期，10x Genomics开始接受单细胞升级技术Chromium GEM-X试剂和芯片的预定。这次的升级基于Chromium X系列仪器，并不涉及到硬件设备。升级包括两个方面，Chromium GEM-X单细胞基因表达v4和Chromium GEM-X单细胞免疫分析v3。

官方给出的Chromium GEM-X优势包括：

更高效的微流控技术和更高效的细胞捕获，可到达80%的捕获效率

更快的运行时间不会对细胞压力产生负面影响，数据显示对脆弱细胞的捕获有所改善

以更小的体积生成两倍的乳液凝胶珠（GEMs），将dup降低了两倍，并提高了通量

芯片设计的改进减少了堵孔，提高了成功率

GEM-X的进步为未来的应用程序支持和持续的性能改进奠定了坚实的基础

展开说说这几个优势点：

更高效的微流控技术和更高效的细胞捕获，可到达80%的捕获效率

官方通过318次独立的单细胞运行评估细胞捕获效率。目标细胞捕获量在1,000-10,000个细胞之间。与现有的Next GEM（3’v3.1）相比，GEM-X（3’v4）的中位细胞捕获效率提高了15%。

在我们日常的项目中，如果目标是得到10,000个有效细胞的数据，我们经验上会用20,000个细胞的悬液进行上机。按照升级后的效率，同样的上机细胞数，我们可以得到约16,000个有效细胞数据。

更快的运行时间不会对细胞压力产生负面影响，数据显示对脆弱细胞的捕获有所改善

与现有Next GEM技术需要18分钟的运行时间相比，GEM-X可以在6分钟内完成对成千上万个细胞的捕获。以中性粒细胞为例，这是一种低RNA含量且较为脆弱的免疫细胞类型。使用现有10x单细胞技术进行捕获时，这部分细胞通常较少的被捕获到，但是从GEM-X技术得到的单细胞UMAP图中，我们看到有更多的中性粒细胞被捕获到。

以更小的体积生成两倍的乳液凝胶珠（GEMs），将多细胞率降低了两倍，并提高了通量

在单细胞分析时，我们在质控过程中通常会使用DoubletFinder识别多细胞，这些多细胞的产生是因为在细胞捕获过程中，一个油包水结构中包裹了多个细胞，这些细胞中的转录组序列被10x的胶珠加上了相同的barcode。并且，通常随着目标捕获细胞数据的增加，多细胞率也会随之提高。在分析的时候，来自多个细胞的序列被鉴定成同一个细胞，形成多细胞，并对后续分析造成干扰，而GEM-X将这一比率降低了两倍。

芯片设计的改进减少了堵孔，提高了成功率

众所周知，10x的单细胞技术是通过微流控芯技术实现细胞的捕获，微流控的芯片孔道直径约50-60微米，在实际项目执行过程中，个别项目由于试剂或样本原因会出现堵孔现象，我们称之为Clog。堵孔带来的结果是GEMs生成不足，捕获后得到的溶液体积明显小于正常情况，如果继续建库测序，通常会得到更少的有效细胞或基因数，造成对后续分析的不利影响，甚至无法进行分析。

除此之外，GEM-X免疫分析v3可以生成多组学数据，为人类原代细胞中的免疫细胞亚型提供了补充见解。

GEM-X可以进行适应性免疫反应与多组分析，包括免疫受体定位。检测T细胞或B细胞的整个转录组，以及细胞表面蛋白和成对的全长受体序列，如上图所示：

A.Chromium GEM-X单细胞免疫分析在单细胞水平上提供敏感的全转录组分析，每次反应可检测数百至数万个细胞。

B.利用特征条形码技术在单细胞分辨率下测量多达数百种细胞表面蛋白。

C.通过相应的配对全长免疫受体序列识别不同的克隆型。

D.使用特征条形码技术在单个实验中使用数十到数千个扰动来扩展功能基因组学屏幕，该技术可让您同时检测单个引导RNA (sgRNA)和每个细胞中受干扰的基因表达谱。

GEM-X免疫分析v3生成的多组学数据为人类原代细胞中的免疫细胞亚型提供了补充见解，如上图所示：

A. UMAP预测的7,999个PBMC，免疫细胞群通过特征基因表达确定。

B.同一样本的UMAP投影基于9个细胞表面蛋白表达。

同时，基于TCR克隆型进行分组，可以更好的与转录表达的细胞亚型结合分析。GEM-X免疫分析v3的转录表达谱和TCR文库配对率和复杂度大幅增加。

细胞毒性和辅助T细胞受体克隆型在各自的蜂窝图中突出显示，如图所示所有细胞按克隆型分组。每个六边形代表一个具有TCR特异性序列的单个T细胞。

随着技术的更新，我们对生物学研究的颗粒度会越来越精细，研究的方案和切入点也会随之变化。

沃林科研院会持续给大家带来新技术的介绍和相关服务，就像10x官方的那句话：Your research never stops evolving, so why should your methods?