CRISPR-Cas9 基因编辑技术的广泛应用，推动基因功能研究进入高通量时代。然而，传统单细胞 CRISPR 筛选技术存在细胞分离效率低、数据分析周期长等问题，限制了全基因组筛选的大规模开展。Illumina 即将推出的高通量单细胞 CRISPR 制备技术，以 “粒子模板即时分区"（PIP）聚合物为核心，结合 NovaSeq X 测序仪与 DRAGEN 加速分析系统，实现 100 万个细胞反应规模的高效筛选，为基因编辑研究带来革命性突破。
PIP 聚合物技术是该系统的核心创新点。传统单细胞分离多采用微流控芯片技术，存在细胞堵塞、分离效率低（约 60-70%）的问题。PIP 聚合物通过特殊的多孔结构，在微流控通道中形成独立的 “粒子模板分区"，每个分区可精准捕获单个细胞，分离效率提升至 95% 以上。同时，PIP 聚合物表面修饰的特异性抗体，能与细胞表面标志物结合，实现对特定细胞亚群的富集，例如在免疫细胞 CRISPR 筛选中，可针对性分离 T 细胞、B 细胞等，提高筛选的精准性。
在文库构建环节，该技术采用 “原位逆转录" 策略，将 CRISPR 向导 RNA（gRNA）与细胞 mRNA 的捕获、逆转录过程整合在同一分区内，减少样本损失。传统文库构建需经过多步转移操作，样本损失率可达 30-40%，而原位逆转录技术将损失率控制在 5% 以下，尤其适合稀有细胞样本的筛选。此外，系统配备的 “gRNA 条形码标记" 功能，为每个 gRNA 添加条形码，可同时追踪 10 万个以上的 gRNA 靶点，实现大规模基因编辑效果的平行分析。
测序与数据分析环节的协同优化，进一步提升筛选效率。NovaSeq X 测序仪的高通量特性，可在 24 小时内完成 100 万个细胞样本的测序，产生约 500Gb 的原始数据。DRAGEN 加速分析系统则通过硬件加速与算法优化，将 gRNA 定位、基因编辑效率计算等分析步骤的时间缩短至 8 小时，相较于传统生物信息学分析流程（约 48 小时），效率提升 5 倍。同时，DRAGEN 系统内置的 “脱靶效应分析" 模块，可通过比对参考基因组，检测 CRISPR 编辑过程中可能出现的脱靶位点，为基因编辑的安全性评估提供依据。
目前，该技术已在肿瘤耐药基因筛选、信号通路解析等领域展开验证。在肿瘤研究中，科研人员通过对 100 万个癌细胞进行 CRISPR 筛选，成功鉴定出 30 余个与化疗耐药相关的基因，为开发逆转耐药的靶向药物提供靶点；在干细胞研究中，该技术助力解析多能性维持相关基因的调控网络，为干细胞定向分化提供新策略。随着技术的成熟，Illumina 高通量单细胞 CRISPR 制备技术有望成为基因功能研究的常规工具，推动基因编辑从 “靶向编辑" 向 “全景筛选" 迈进。
关键词：Illumina 单细胞 CRISPR PIP 聚合物 DRAGEN 加速分析 全基因组筛选
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