福馬林固定石蠟包埋 (Formalin-Fixed Paraffin-Embedded, FFPE) 樣本是生物醫學研究中極其重要的資源。數十年來，醫院和研究機構累積了大量的 FFPE 樣本，這些樣本包含了豐富的臨床資訊和病理學數據，對於回溯性研究、疾病機制探索以及新藥開發具有無可替代的價值。然而，FFPE 處理過程會導致 DNA 交聯和片段化，嚴重影響了對這些樣本進行基因組分析的準確性和效率。傳統的單細胞分析技術難以直接應用於 FFPE 樣本，這限制了我們從這些寶貴資源中獲取信息的潛力。
近年來，單細胞組學技術的快速發展為我們提供了前所未有的機會，可以深入了解細胞異質性和複雜的生物學過程。其中，ATAC-seq (Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing) 技術能夠精確地繪製細胞核內染色質的可及性圖譜，揭示基因調控元件的活性狀態，從而幫助我們理解基因表達的調控機制。然而，將 ATAC-seq 技術應用於 FFPE 樣本仍然面臨巨大的挑戰。
scFFPE-ATAC：突破技術瓶頸，釋放FFPE樣本潛力
為了解決上述問題，科學家們開發了一種名為 scFFPE-ATAC (single-cell ATAC-seq for FFPE samples) 的新型技術。這項技術針對 FFPE 樣本的特性進行了優化，能夠高效地進行單細胞染色質可及性分析。scFFPE-ATAC 技術的核心優勢在於其能夠克服 FFPE 處理過程對 DNA 的損傷，並提高 ATAC-seq 實驗的信號噪音比。
具體來說，scFFPE-ATAC 技術通常包含以下幾個關鍵步驟：
1. 樣本預處理： 對 FFPE 樣本進行優化處理，例如使用特殊的緩衝液或酶來逆轉福馬林引起的 DNA 交聯，並減少 DNA 片段化。
2. 單細胞分離：
使用微流控芯片或其他單細胞分離技術將 FFPE 樣本中的細胞分離成單個細胞。
3. 染色質轉座酶處理：
利用 Tn5 轉座酶對單個細胞中的染色質進行切割和標記，將測序接頭插入到開放的染色質區域。
4. 文庫構建和測序：
對轉座酶處理後的 DNA 片段進行 PCR 擴增，構建 DNA 測序文庫，然後進行高通量測序。
5. 數據分析：
對測序數據進行分析，繪製單個細胞的染色質可及性圖譜，並鑑定基因調控元件的活性狀態。相較於傳統的 bulk ATAC-seq 技術，scFFPE-ATAC 技術能夠提供單細胞分辨率的染色質可及性信息，從而揭示細胞異質性以及不同細胞類型之間的基因調控差異。此外，scFFPE-ATAC 技術還可以與其他單細胞組學技術（例如單細胞 RNA-seq）相結合，實現多組學數據的整合分析，從而更全面地了解細胞的生物學特性。
scFFPE-ATAC的應用前景
scFFPE-ATAC 技術在生物醫學研究領域具有廣闊的應用前景，尤其是在以下幾個方面：
腫瘤研究：
腫瘤組織通常包含多種不同的細胞類型，包括癌細胞、免疫細胞和基質細胞。scFFPE-ATAC 技術可以幫助我們了解不同細胞類型的染色質可及性圖譜，揭示腫瘤的發生發展機制，並尋找新的治療靶點。例如，通過分析腫瘤微環境中免疫細胞的染色質可及性，我們可以了解免疫細胞的激活狀態和功能，從而開發更有效的免疫治療策略。
神經科學研究：
大腦是一個高度複雜的器官，包含多種不同的神經元和膠質細胞。scFFPE-ATAC 技術可以幫助我們了解不同細胞類型的染色質可及性圖譜，揭示神經發育和神經退行性疾病的分子機制。例如，通過分析阿爾茨海默病患者大腦組織中神經元的染色質可及性，我們可以了解疾病相關基因的調控變化，從而開發新的治療方法。
發育生物學研究：
scFFPE-ATAC 技術可以幫助我們了解胚胎發育過程中細胞命運決定的分子機制。通過分析不同發育階段細胞的染色質可及性圖譜，我們可以了解基因調控網絡的動態變化，從而揭示發育異常的發生原因。
藥物開發：
scFFPE-ATAC 技術可以幫助我們了解藥物對細胞基因表達的影響。通過分析藥物處理後細胞的染色質可及性圖譜，我們可以了解藥物的靶點和作用機制，從而開發更安全有效的藥物。
挑戰與展望
儘管 scFFPE-ATAC 技術具有巨大的潛力，但目前仍然存在一些挑戰。首先，FFPE 樣本的質量差異很大，不同樣本的 DNA 損傷程度可能不同，這會影響 scFFPE-ATAC 實驗的結果。因此，需要對 FFPE 樣本進行嚴格的質量控制，並優化樣本預處理流程。其次，scFFPE-ATAC 實驗的數據分析比較複雜，需要開發新的算法和工具來處理大量的測序數據。此外，scFFPE-ATAC 技術的成本相對較高，這限制了其在臨床上的應用。
展望未來，隨著技術的不斷發展和成本的降低，scFFPE-ATAC 技術將會在生物醫學研究和臨床應用中發揮越來越重要的作用。我們可以預見，scFFPE-ATAC 技術將會與其他單細胞組學技術相結合，實現多組學數據的整合分析，從而更全面地了解細胞的生物學特性。此外，scFFPE-ATAC 技術還將會應用於疾病診斷和治療，例如通過分析患者的 FFPE 樣本來預測藥物的療效，並制定個性化的治療方案。
總結與研判
scFFPE-ATAC 技術的出現，無疑為生物醫學研究打開了一扇新的大門。它克服了傳統單細胞分析技術在 FFPE 樣本應用上的瓶頸，使得研究人員能夠從這些寶貴的歷史樣本中提取出豐富的基因調控信息。雖然目前該技術仍面臨一些挑戰，例如樣本質量控制、數據分析複雜性和成本較高等問題，但隨著技術的進步和優化，這些問題有望得到解決。
總體而言，scFFPE-ATAC 技術具有巨大的應用潛力，尤其是在腫瘤研究、神經科學研究、發育生物學研究和藥物開發等領域。它不僅能夠幫助我們更深入地了解疾病的發生發展機制，還能夠為開發新的診斷和治療方法提供重要的線索。可以預見，在未來的生物醫學研究中，scFFPE-ATAC 技術將會扮演越來越重要的角色，並為人類健康做出更大的貢獻。 隨著技術的普及和成本的降低，scFFPE-ATAC 將成為單細胞組學研究的常規工具，並推動精準醫療的發展。
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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: November 14, 2025
