新年第一天，国际顶尖学术期刊《Science》在线发表了中国科学院杭州医学研究所谭蔚泓院士与吴芩研究员团队合作取得的重要突破。研究团队成功构建了全球首个能够在单细胞分辨率下，同步实现细胞膜表面标志物发现与靶向核酸适体探针获取的一体化平台——SPARK-seq。该技术为分子识别、原创靶点发现及精准医学研究提供了全新的强大工具，有望为众多因靶点不明而缺乏有效疗法的疾病（如三阴性乳腺癌）开辟全新的治疗途径。
细胞膜蛋白是药物作用的关键靶点，而核酸适体是一类能够高特异性、高亲和力结合靶标分子的寡核苷酸，被誉为“化学抗体”，在疾病诊断与靶向治疗中潜力巨大。然而，传统的核酸适体筛选方法效率低、过程繁琐，且难以在生理相关环境下系统发现全新的疾病标志物。
SPARK-seq平台的诞生，正是为了系统解决这一系列挑战。相较于传统方法，其筛选效率提升达百倍以上，并能以前所未有的精度锁定潜在的癌症标志物与治疗靶点。“我们研发SPARK-seq的初衷，是为了攻克像三阴性乳腺癌这类缺乏明确治疗靶点的临床难题。”吴芩研究员表示，“该平台在单细胞层面部署的‘分子雷达’，能够大规模、并行地精准识别细胞表面与疾病相关的靶标，并同步获取能特异性结合它的核酸适体探针。”
SPARK-seq的工作原理清晰高效，主要分为三个关键步骤：第一步，利用CRISPR基因编辑技术对大量癌细胞进行“微创手术”，精准剪掉特定的膜蛋白；第二步，引入包含海量候选分子的核酸适体库；第三步，借助单细胞测序技术，为每个细胞拍摄“高清全景照”，在同一个细胞里同步读取“谁被剪掉了”、“细胞变了吗”、“谁结合上去了”关键信息。通过自主研发的新算法和大数据分析，SPARK-seq将细胞膜表面标志物的发现从“间接推测”转变为可“直观解读”的数字信号。
“SPARK-seq的强大之处在于，它首次在单细胞层面实现了从靶点发现到工具分子筛选的闭环。”论文第一作者、中国科学院杭州医学研究所与湖南大学联合培养博士生罗国焰解释，“这相当于在精准识别疾病关键‘靶标’的同时，也获得了能够干预它的特异性‘钥匙’。”论文共同第一作者上海交通大学宋佳副研究员补充：“我们开发的数据分析新方法，有效破解了单细胞数据高维、稀疏背景下的信号提取难题，从而使得这一大规模、系统性的闭环发现成为可能。”
SPARK-seq作为一个强大且自主可控的原创性平台，为“无药可靶”疾病的靶点研究与治疗开发提供了全新范式与希望。它使得科研与临床工作者能够基于我国独特的临床资源，系统性地发现具有自主知识产权的新靶点与新工具。未来，该技术有望推动形成一种“按图索骥”式的精准医疗新模式，快速为不同疾病匹配或定制治疗分子，极大提升药物研发的效率和治疗方案的精准度。
“我们期待SPARK-seq能推动生物医药研发从传统的经验筛选，向数据驱动与智能设计的新范式演进。”中国科学院院士、中国科学院杭州医学研究所所长、浙江省肿瘤医院院长谭蔚泓院士表示，未来，我们或许可以像根据蓝图建造房屋一样，通过计算智能设计出自然界不存在的、性能卓越的新型靶向核酸药物，让更多患者早日受益于真正的精准治疗方案。
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