人类的未来，是硬科技打造的未来，更是生命科学搭建的未来。

如果说硬科技是扩展人类感知世界边界必不可少的武器，那么生命科学就是让人类获得良好体验的保障。

生命科学包罗万象，单细胞测序技术则是关键的一环。

从基因测序到单细胞测序

人体有 40 万亿个细胞，每个细胞中有 30 亿 DNA 碱基对，这些碱基对被转录为数以万计的 mRNA 分子，再被表达为数以万计的蛋白质分子。

几乎一切疾病均与基因有关，基因是 DNA 分子上携带有遗传信息的功能片段，是生物传递遗传信息的物质。基因主宰生命，是生命生老病死的根源。

聊单细胞测序之前，我们先聊一聊基因检测，这样更能够帮助大家了解生命科学产业链上，这些至关重要技术的发展路径。

基因检测，例如取被检测者的血液、口腔粘膜细胞，经提取和扩增其基因信息后，通过基因芯片技术或超高通量 SNP 分型技术，对被检测者细胞中的 DNA 分子的基因信息进行检测，该检测者含有的各种疾病易感基因的情况，从而使人们能及时了解自己的基因信息。

基因检测能够帮助受检者了解基因信息，预测身体患病的风险，制定个性化健康管理和医疗服务方案，预防和避免重大疾病的发生。

而大多数基于第二代测序技术（Next-generation sequencing，NGS）的肿瘤基因检测，都是在大量细胞构成的组织水平上，对整个细胞群进行遗传分析，得到了是类似于 “美国平均家庭有 1.93 个孩子” 一类的平均结果。但正如这个世界不存在 “1.93 个” 孩子，组织层面的宏观平均也无法准确描述细胞层面的细微差异，难以鉴别出恶性的细胞。

而单细胞测序技术于 2009 年首次被应用于胚胎细胞研究当中，2013 年《自然》将其评选为 “Method of the Year”。随着测序变得更加经济，生物信息学分析变得更加可靠，从 2015 年开始，单细胞测序领域开始迅猛发展。

图 | 墨卓生物科技单细胞测序平台（来源：受访者）

单细胞测序技术广泛应用于生物医学各个领域。以癌症研究为例，研究表明，任何一个肿瘤都不是一种单一的突变，而是不同细胞各自不同突变的结果。

单细胞测序技术是生物医学的重大科学突破，使得测序技术由组织层面推进到了细胞层面，能够将 “1.93 个” 孩子的宏观描述还原为每个家庭孩子个数的微观数据，从而被视为与显微镜相媲美的、生命科学领域重大事件。

从技术上说，单细胞测序较普遍的两条路线，一种是微孔法，微孔板技术平台利用大量的微孔完成细胞的捕获，随后进行单细胞转录组文库的构建。另一种是基于微流控技术的液滴法，微流控分选基于流体力学原理实现细胞分选，适用于高通量、大规模的单细胞研究。目前市场上占有绝大部分市场份额的 10X Genomics ChromiumTM 平台就是利用该原理进行单个细胞分选。

单细胞测序的优势

单细胞测序相比于传统高通量整体样本测序的技术，有其独特优势。传统意义上的整体样本基因组和转录组分析已经提供了大量的关于肿瘤生长、进化的视角，但是一些特异的细胞群体或细胞状态所展示的信号会在整体样本测序时被掩盖，而这种特异的细胞群体或状态有时也是非常关键的，比如肿瘤干细胞和对于肿瘤治疗应答相关的免疫细胞。

因此，在基因组、转录组、表观组和蛋白质组层面对细胞个体进行检查能够打破传统整体样本测序层面的限制，从而进行更加精细的细胞、分子水平的剖析。

对于生物医学传统难题，单细胞测序技术则是在单个细胞的水平上，对其遗传物质进行检测，从而从更精细的水平观察突变如何协同作用来驱动疾病。

图 | 血红细胞（来源：Pixabay）

可以这么说，通过单个细胞的状态人们就可以了解人体健康状况和变化的原因。

单细胞技术已经席卷整个生物医药领域，并且在特定技术上未来仍然具有巨大的发展空间，单纯挖掘可溶性抗体（Extractable nuclear antigen，ENA）、NIH 的高通量测序数据的主要档案（Sequence Read Archive，SRA）等公共数据库的单细胞测序数据就足以进行一些科学研究。

更进一步，从相对较少的患者（n=5-50）的深入调查中收集到的见解虽然具有挑战性，但是可以像预实验一样，为使用更经济、有效、直接的方法分析更大的样本集提供非常有价值的信息。

图 | 单细胞测序分析结果（来源）

单细胞测序技术自 2009 年问世以来，便备受关注，且快速在科研领域得以应用。2015 年以来，InDrop、Drop-seq 等技术的陆续问世，单细胞测序的技术逐渐成熟，在基础科研、临床研究上获得了更广泛的应用。

自此之后，单细胞测序技术奠定了其在生命科学领域的地位，该项技术对于癌症早期诊断、追踪和个体化治疗具有重要意义。

例如，新冠疫情期间，北大谢晓亮团队利用先进的单细胞测序技术，仅用不到三个月的时间，就从康复期病人的血液中成功筛选到了针对新冠肺炎病毒的中和性抗体。临床前的动物试验结果显示，该抗体分子能有效地抑制新冠病毒的传播和短期预防新冠病毒的感染。

高效精准的单细胞分离策略

众多单细胞测序技术中，微流控技术平台具有成本低、通量高、操作简便等优点，有广阔的发展前景。

墨卓生物创立于哈佛大学，公司 CEO 裴颢告诉 DeepTech：“简单来说，微流体技术是在微观中操控和检测流体的技术， 微 的意思是尺寸小、精度高，其范围从几微米到几百微米。微流体技术形成、发展于 20 世纪 90 年代，是多重领域交叉而成的技术，结合了物理、化学、生物，以及医学和工程制造等领域的知识。”

裴颢解释道，所谓 “流体” 是指血液、溶液和气体，甚至是超临界流体等可以操控和检测的对象。

随着技术发展，现代的微流体技术可以在芯片基底上，集成上万的功能单元。

图 | 墨卓单细胞测序芯片（来源：受访者）

芯片基底的大小只有几平方厘米，这种芯片的原材料通常由一种高分子材料构成。

研究人员就是在这几平方厘米的 “小小天地”，经过实验设计，可以操控和检测几个到几万个生物细胞，或其他的液体、气泡等。芯片无害、无污染，并且可以反复使用。

比起其他技术，微流体检测技术有如下优势：一、所需样本量极少可检测痕量样本，比如新冠疫情中，对门把手、走道空气等的检测；二、灵敏度非常高。

现今，越来越多的科研机构和药物研究公司选择微流体检测技术，进一步促进了该技术的产业化发展。

图 | 裴颢（来源：受访者）

正如裴颢告诉 DeepTech：“承载微流体检查的芯片虽小，但它对游离的癌细胞等异常细胞，犹如恢恢天网，即使很少的癌细胞也能被快速捕获、分析，微流体技术的核心竞争力。正因如此，墨卓生物的单细胞测序技术，以微流体技术作为分离单细胞的策略，具有超高的精准度和效率。”

来自哈佛的硬科技，照亮生命科学领域

事实证明，基因研究是解决复杂的生命科学问题的主要路径。单细胞测序可以对单细胞的基因组或转录组进行测序。

生命是复杂而神奇的，从受精卵开始分裂。最初的一个细胞，经过分裂后形成人的心脏、面部、大脑、四肢等器官和组织。

从分裂之初，虽然细胞内携带的 DNA 遗传物质不变，但细胞外部物质和环境，决定了每个细胞，都有其异质性，就像世界上没有两片完全相同的叶子一样。

例如肿瘤患者，其肿瘤中心细胞和周围细胞、原发病灶和转移病灶细胞的不同，导致它们对药物的反应不同。也就是说，基因组、转录组上的微小差距，在功能上则会相差十万八千里。

单细胞测序技术能够很好地保留细胞的异质性，不仅如此，它还能对珍贵而微量的细胞进行测序。例如对人类早期胚胎细胞进行单细胞测序，从而进行试管婴儿胚胎进行筛选，实现优生优育。

但是，单细胞测序有优点也有缺点，若真的一个个细胞逐一检测，可能癌症患者去世了，我们仍然没发现癌变的靶点在哪里。

裴颢告诉 DeepTech, 面对复杂、大规模、高精度的基因研究，高效快捷的解决方案不可或缺，例如高通量单细胞测序就是目前不错的技术。

“现在高通量单细胞测序已成为非常火热的研究领域，以此为基础，诞生了数个明星创业公司，市值百亿美元。随着市场的起飞，该领域科研的三大发展趋势，对产品也提出了新要求。将来，单细胞测序技术从单组学到多组学是必然的发展方向，从零维到三维空间是科研的最前沿，从哺乳动物细胞到微生物测序是新的热点。” 裴颢补充道。

单细胞测序技术已成熟，国内的市场需求，决定了基础科研和临床科研领域，均需要数家公司，能够以单细胞测序技术为基础，提供该技术面向科研服务、药物研发机构使用的最佳解决方案。

谈及墨卓生物科技单细胞测序平台，裴颢表示，目前公司产品包括：MobiSeq 多组学平台（单细胞测序多组学平台）、M obiSpace（单细胞测序三维空间多组学平台）。涵盖机器芯片、转录组（+CRISPR）、基于高通量测序的染色质开放性研究（Assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing，ATAC-seq）、免疫分析（涵盖细胞表面蛋白、抗原特异性等方向）等功能。

每当提到单细胞测序，总是绕不开 10X Genomics，这家成立于 2012 年的单细胞测序公司被称为单细胞测序领域的领头羊，如今市值超过 200 亿美元。

图 | 墨卓生物（来源：受访者 ）

在国内，墨卓生物也是研发单细胞测序技术平台的科技公司之一，其在研的商业化产品具有高通量、高数据质量等特点。换言之，国内市场尚未发展起来，百亿市场有待上面提到的 “有志之士” 开疆拓土。

裴颢告诉 DeepTech，“墨卓的解决方案可以突破目前几个主要用户群体使用单细胞测序系统中的瓶颈，例如实现转录组、样本可远距离运输，满足多组学、中通量测试，将在市场上将产生强大的竞争力。”

目标是提供全面、低价和高通量的单细胞测序技术

单细胞测序技术平台，作为科学研究与医疗体系的一部分 —— 科研器材或者临床医疗器材，市场前景是广大的，应用领域很广泛。而成立于 2018 年的墨卓生物志在打开中国市场。

讨论生命科学和单细胞测序技术时，裴颢对市场前景很看好，他说，“20 年前人们就说 21 世纪是生命科学的世纪，当时可能觉得还有点早，现在是真的到来了，现在对生物的理解已经进入了分子和细胞的阶段。生命确实是最复杂的学科，有待开发的太多。而我相信，生物技术、前沿仪器的不断突破和研发，是中国在生命科学技术上，后来居上的关键因素。”

裴颢是墨卓生物科技公司创始人兼 CEO，2010 年 7 月毕业于清华大学，当年赴美国哈佛大学深造，于 2011 年起在美国哈佛大学医学院与 WyssInstitute 从事医疗器械的设计与研究。

裴颢曾获的美国通用汽车青年研究奖（2013 Freudenstein / GMYoung Investigator Award）与美国学生发明家奖（CollegiateInventors Competition）。

裴颢师从哈佛大学著名教授 David Weitz。David Weitz 教授是美国三院院士（美国科学院、美国工程院、美国艺术与科学学院）和中国工程院外籍院士。他是杰出的科学家、世界微流控领域的奠基人，其实验室技术转化出数十余个公司，包括数字 PCR 技术的先驱公司 RainDance 等世界著名的生命科学领域科技公司。

在读博士期间，裴颢在 David Weitz 的指导下负责与参与美国国家科学基金项目和各大公司的多个科研项目。发表学术论文多篇，并拥有美国医疗机械专利一项。在博士后期间，带头开展单细胞测序与便携式数字 PCR 测序诊断芯片的开发与研究。

2018 年初，裴颢与导师 David Weitz 一起在美国马萨诸塞州成立了 MobiDrop 公司，致力于单细胞测序的开发和应用。2020 年裴颢回到中国成立了墨卓生物，导师持续助力，继续攻关基于微流体芯片的单细胞测序，并开发了墨卓独有的微生物单细胞测序和测序微球系统。

图 | 首席运营官刘寒、首席执行官裴颢、首席技术官郑文山（来源：受访者）

谈及未来，裴颢信心十足：“墨卓的目标是为科研和医疗两大领域的客户，提供全面、低价和高通量的单细胞测序技术，让这项技术真正造福于人类。”

他强大的信心，除了上文中提到的技术竞争力，还源于公司强大的人才队伍：

裴颢本人就是清华大学学士、哈佛大学应用物理专业博士，在微流控、表面处理等方面，以及 IVD 机器领域有充足的经验。

墨卓生物由美国三院院士、中国工程院外籍院士、微流控技术奠基人之一 David Weitz 担任首席科学家；

团队除了裴颢之外，还有 3 位毕业于哈佛大学的博士，团队还拥有 30 多位在技术、资本、市场等领域的优秀人才。

在未来，墨卓生物会寻求技术持续突破，以此带动市场占有率和吸引资本投资。

裴颢表示，“生命科学绝不仅一门生意，更是一项有意义的有长远价值的造福于人的事业，随着技术的突破，我们的产品会不断诞生，更好地服务于生命科学领域”。

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