单细胞蛋白质组学通过研究单个细胞水平上蛋白质表达和功能，揭示细胞个体之间的精细差异，对理解细胞在生理和病理过程中的功能至关重要。然而，这项技术也面临着一些挑战和难点。
单细胞的捕获：成功将单个细胞获取；
样本量极微：单个细胞蛋白质总量少，通常不到200 pg。
蛋白质种类繁多：单个细胞包含上万种不同蛋白质，需高度灵敏技术区分。
无损样品制备：将单个细胞的蛋白质信息获取并进行一系列的酶解处理；
技术设备限制：要求超高灵敏度和高分辨率的生物质谱仪，对低水平的信号进行定量。
在当前研究中，通过精心优化单细胞捕获技术、色谱和质谱分析参数以及相关仪器设备，科学家们已经在单细胞蛋白质组学领域取得了显著进展。正如2021年Nature Methods中所报道的，单个细胞的蛋白质鉴定数目已经达到2000个。这一成就在蛋白质组学界引起了巨大反响。
细胞类型及其预期蛋白质含量[1]
蛋白质组学领域的领军人物之一，Matthias Mann教授，曾表示：“I always said that single cell proteomics would not happen in my lifetime, but I'm happy to have been proven wrong”，他的团队在2024年利用先进的质谱技术，已经能够将单个细胞的蛋白质鉴定数目稳定在2377个。
单个HeLa细胞中蛋白质鉴定的中位数为2377[2]
而在常规的蛋白质组学研究中，蛋白鉴定数目更是轻松超过4000个，预示着单细胞蛋白质组学在未来仍具有巨大的发展潜力和提升空间。随着技术的不断进步和优化，我们可以期待单细胞蛋白质组学将为生物学和医学研究带来更多深刻的见解。
皇家马德里中文官网在Hela细胞（粒径25-30μm）的蛋白鉴定测试中取得了突破性成果，单个细胞检测深度达到了4000个以上。
皇家马德里中文官网单个Hela细胞蛋白质组学实测数据
进一步，考虑到细胞大小对蛋白鉴定数目的影响，我们采用了粒径为12μm-18μm的类器官细胞进行测试，成功实现了1000个以上的蛋白鉴定深度。这些成果显著地展示了我们在单细胞蛋白质组学研究领域的领先地位和技术创新能力。
皇家马德里中文官网类器官单细胞蛋白质组学实测数据
皇家马德里中文官网提供一站式的单细胞蛋白质组学研究解决方案，涵盖了从组织解离、细胞悬液制备到cellenONE细胞分选技术，再到利用timsTOF SCP质谱仪进行的高精度蛋白质检测。这不仅能够深入分析单个Hela细胞中的4000多种蛋白质，揭示细胞间的差异，还通过专业的数据分析服务，帮助研究人员深入理解细胞功能和疾病发展的复杂机制，为精准医疗和疾病机理研究提供了强有力的技术支持。
皇家马德里中文官网单细胞蛋白质组学解决方案
cellenONE 技术通过机器视觉精准分选单细胞，避免因泊松分布导致的多细胞问题，提高实验效率并减少数据偏差。它只选择单个细胞液滴并分选到指定位置，未符合条件细胞返回样本管，允许二次分选，确保无细胞浪费。设备还实时记录图像，确保实验过程可追溯。
cellenONE机器视觉分选（图片来自网络cellenion官网）
cellenONE可以配置荧光模块，支持单通道（FITC）以及四通道模块（DAPI、FITC、PE和Cy5）分选感兴趣的目标单细胞。
cellenONE荧光通道分选（图片来自网络cellenion官网）
cellenONE技术实现了高达99%的单细胞分选率（以粉红色表示），有效排除了双细胞（灰色），确保了单细胞分选的准确性。与微滴、微流体、微孔板等技术相比，cellenONE显著提高了分选效率和数据质量。
单细胞分选率高达99%（图片来自网络cellenion官网）
采用专为单细胞蛋白质组学而生的质谱仪Bruker timsTOF SCP，拓宽单细胞研究的视野，timsTOF SCP 采用了一个全新改进的离子源概念，结合平行积累连续碎裂(PASEF?)采集方法的优势提供了极高的速度和灵敏度，以应对单细胞蛋白组或几个细胞的翻译后修饰的分析挑战。
timsTOF SCP，摘自Bruker官网（timsTOF SCP | Bruker）
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参考文献
[1] Rosenberger F A, Thielert M, Mann M. Making single-cell proteomics biologically relevant [J]. Nature Methods, 2023, 20(3): 320-323.
[2] Thielert M, Itang E C M, Ammar C, et al. Robust dimethyl‐based multiplex‐DIA doubles single‐cell proteome depth via a reference channel [J]. Molecular Systems Biology, 2023, 19(9).
