Nghiên cứu tế bào đơn (single-cell) đang mở ra một hướng nghiên cứu cách mạng mới, cho phép phân tích chi tiết sự biểu hiện gen ở mức độ tế bào đơn lẻ, giúp phát hiện sự đa dạng tế bào và cung cấp cái nhìn sâu sắc về các hệ thống sinh học phức tạp. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong việc nghiên cứu cơ chế bệnh lý, ung thư và miễn dịch.

Chi phí có lẽ là trở ngại lớn nhất của công nghệ giải trình tự tế bào đơn. Nền tảng Chromium (10X Genomics) đã giúp chi phí giải trình tự tế bào đơn giảm đi đáng kể khi tính trên mỗi tế bào, vì những nền tảng này cho phép thực hiện giải trình tự lên đến hàng chục nghìn tế bào đơn trong 1 lần chạy. Nền tảng Chromium chạy trên chip có 8 giếng, mỗi giếng nạp được 20,000 tế bào với công nghệ GEM-X. Trong trường hợp mẫu cần phân tích chứa ít tế bào, nếu mỗi giếng chỉ thực hiện 1 mẫu thì sẽ không tận dụng được lợi thế “thông lượng cao” do Chromium mang lại. Cell Multiplexing chính là chìa khóa để giải quyết vấn đề này. Giải pháp multiplex trong nghiên cứu tế bào đơn đã giúp phân tích đồng thời lượng lớn tế bào, từ đó giảm thiểu chi phí và thời gian. 

Các phương pháp multiplex phổ biến bao gồm Cell Hashing (đánh dấu và phân biệt các mẫu sinh học trong cùng một nhóm pool bằng cách sử dụng kết hợp 2 loại antibody-kháng thể đặc hiệu, ví dụ như Biolegend TotalSeq™-C với GEM-X 5’ và Biolegend TotalSeq™-B với GEM-X 3’ sử dụng kết hợp với Cell Hashing hoặc CellPlex (10x Genomics- sử dụng CMO-Cell Multiplex Oligo riêng biệt để đánh dấu các mẫu). Tuy nhiên, các phương pháp này yêu cầu quy trình chuẩn bị mẫu phức tạp, tốn nhiều thời gian và chỉ tương thích với tế bào người hoặc chuột. Để giải quyết vấn đề này, 10X Genomics đã giới thiệu giải pháp On-Chip Multiplex (OCM), cho phép multiplexing trực tiếp trên chip, loại bỏ các bước chuẩn bị mẫu phức tạp và giảm thiểu thời gian thao tác. Với khả năng xử lý nhiều mẫu trong một lần giải trình tự, GEM-X Universal OCM cung cấp một giải pháp linh hoạt, tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo chất lượng dữ liệu vượt trội. Công nghệ này còn giúp giảm yêu cầu đầu vào tế bào, mang lại hiệu quả cao trong các nghiên cứu quy mô lớn, đặc biệt là trong các nghiên cứu cơ chế bệnh lý, ung thư, và miễn dịch.

Hiệu suất vượt trội của GEM-X Universal OCM:

• Giảm chi phí trên mỗi mẫu: Xử lý tối đa 8 mẫu và lên đến 40.000 tế bào mỗi chip.
• Multiplex 4 mẫu trong mỗi phản ứng tạo GEM: Tương đương 5.000 tế bào mỗi mẫu.
• Quy trình multiplex đơn giản: Không đòi hỏi các thao tác phức tạp hoặc chi phí cao.
• Tiết kiệm thời gian: quy trình tạo GEM trên máy chỉ mất  ~4 phút
• Khả năng thu hồi tế bào cao: Đạt hiệu quả ngay cả với lượng tế bào đầu vào nhỏ.
• Thích hợp cho các mẫu tế bào hạn chế: Như organoid (các cụm tế bào phát triển trong môi trường nuôi cấy 3D) và tế bào gốc.
• Phạm vi phân tích đa dạng: Áp dụng được cho nhiều loại sinh vật, không chỉ giới hạn ở người và chuột.

Dữ liệu phân tích thực tế

Các biểu đồ UMAP và biểu đồ cột thể hiện hiệu suất thu hồi và sự tương đồng về tỷ lệ loại tế bào giữa phương pháp Singleplex và Multiplex khi phân tích trên cùng một mẫu PBMC người sử dụng giải pháp GEM-X 5′ Gene Expression. Kết quả cho thấy rằng cả hai phương pháp đều đạt hiệu suất thu hồi và tỷ lệ loại tế bào tương đương, chứng tỏ tính hiệu quả và độ chính xác của phương pháp multiplex trong việc giữ nguyên cấu trúc loại tế bào so với singleplex.                                      

Hiệu suất thu hồi và tỷ lệ loại tế bào cũng cho thấy tính đồng nhất cao giữa các lane khác nhau trong phương pháp multiplex (mỗi lane thu hồi khoảng 4.500–5.000 tế bào), đảm bảo các lane không bị ảnh hưởng lẫn nhau, tăng cường độ chính xác và độ tin cậy của kết quả phân tích.

Tỷ lệ bắt cặp và phát hiện clonotype TCR cho thấy sự tương đương giữa phương pháp GEM-X Multiplex và GEM-X Singleplex khi phân tích cùng một mẫu PBMC người, với 5.000 tế bào trong GEM-X Singleplex và 5.000 tế bào mỗi lane trong GEM-X Multiplex. Các clonotype của tế bào T được biểu diễn trong các biểu đồ tổ ong, giúp hình dung sự phân bố và sự đa dạng của các clonotype tế bào T trong mẫu phân tích.

Tỷ lệ bắt cặp và phát hiện clonotype TCR giữa các labe của GEM-X Multiplex và GEM-X Singleplex cũng cho thấy sự tương đồng, chứng tỏ khả năng phân tích đồng đều và hiệu quả của cả hai phương pháp khi áp dụng trên cùng một mẫu.

Kết luận

Giải pháp GEM-X Universal OCM của 10X Genomics mang lại một bước tiến lớn trong nghiên cứu tế bào đơn, giúp xử lý đồng thời nhiều mẫu trên một chip với chi phí tiết kiệm và hiệu quả cao. Phương pháp multiplex truyền thống, mặc dù hiệu quả, nhưng lại đòi hỏi quy trình chuẩn bị phức tạp và tốn thời gian, đồng thời chỉ tương thích với một số loại mẫu nhất định, gây khó khăn trong việc mở rộng quy mô và tăng thông lượng. GEM-X OCM giải quyết vấn đề này bằng cách đơn giản hóa quy trình, giảm thiểu chi phí và thời gian, đồng thời đảm bảo độ chính xác và sự đồng nhất cao trong kết quả phân tích. Với khả năng xử lý linh hoạt và tương thích với đa dạng mẫu, GEM-X OCM là công cụ lý tưởng cho các nghiên cứu về cơ chế bệnh lý, ung thư và miễn dịch, mở ra cơ hội mới cho các nghiên cứu quy mô lớn và các ứng dụng y sinh học tiên tiến.

Tài liệu tham khảo

1. GEM-X Universal 3′ Gene Expression Product Sheet: Enhance discovery with industry-leading sensitivity at single cell resolution. https://www.10xgenomics.com/library/dc728c
2. GEM-X Universal 5′ Gene Expression Product Sheet: See the immune system at unmatched resolution with more sensitive immune profiling. https://www.10xgenomics.com/library/4ec27d