[go: up one dir, main page]

RU2793717C2 - Methods of encapsulating single cells, the encapsulated cells and uses thereof - Google Patents

Methods of encapsulating single cells, the encapsulated cells and uses thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2793717C2
RU2793717C2 RU2021118349A RU2021118349A RU2793717C2 RU 2793717 C2 RU2793717 C2 RU 2793717C2 RU 2021118349 A RU2021118349 A RU 2021118349A RU 2021118349 A RU2021118349 A RU 2021118349A RU 2793717 C2 RU2793717 C2 RU 2793717C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cell
solid support
single cell
nucleic acid
cells
Prior art date
Application number
RU2021118349A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021118349A3 (en
RU2021118349A (en
Inventor
Фрэнк Дж. СТИМЕРС
Рамеш РАДЖИ
Стивен НОРБЕРГ
Лена КРИСТИАНСЕН
Дмитрий К. ПОХОЛОК
Фань Чжан
Original Assignee
Иллумина, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иллумина, Инк. filed Critical Иллумина, Инк.
Publication of RU2021118349A publication Critical patent/RU2021118349A/en
Publication of RU2021118349A3 publication Critical patent/RU2021118349A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2793717C2 publication Critical patent/RU2793717C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention in particular relates to a solid support for nucleic acid sequencing and a method for conducting multiple consecutive collaboratives analyses of individual cells in a population of cells using said support. The said solid support includes multiple hollow granules, each containing a polymer shell and a single cell located within the polymer shell. The polymer shell contains pores that allow for diffusion of the reagent through the polymer shell while retaining a single cell. A solid substrate is a flow cell device, a well plate, a microarray, a microfluidic channel, a glass slide, or a structured surface. To implement this method, the cell population is first contacted with a polymer in a release oil to form a mixture (a). Subsequently, the mixture (a) is mixed with cross-linking oil to form a mass of granules, each granule encapsulating a single cell. Further, individual cells are sequentially contacted within the mass of granules with a reagent to perform a plurality of sequential joint analyses of the cell population. The process is completed by separating the granules on the solid support and modifying the separated granules to allow diffusion of the encapsulated material from the separated granules.
EFFECT: invention allows for multiple assays to be performed while maintaining cell integrity.
19 cl, 12 dwg, 1 tbl, 3 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Системы, способы и композиции, предлагаемые в настоящем документе, относятся к полым гранулам, инкапсулирующим одну клетку, способам изготовления полых гранул и способам применения полых гранул для проведения множества совместных анализов на инкапсулированной клетке, включая, например, секвенирование с пространственным индексированием и получение библиотеки нуклеиновых кислот.The systems, methods, and compositions provided herein relate to single cell encapsulating hollow beads, methods for making hollow beads, and methods for using hollow beads to perform a variety of collaborative assays on an encapsulated cell, including, for example, spatial index sequencing and generation of a nucleic acid library. acids.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Детекцию специфических последовательностей нуклеиновых кислот, присутствующих в биологическом образце, используют, например, как способ выявления и классификации микроорганизмов, способ диагностики инфекционных заболеваний, для выявления и характеристики генетических аномалий, выявления генетических изменений, связанных со злокачественной опухолью, изучения генетической предрасположенности к заболеванию, и измерения ответа на различные виды лечения. Распространенным способом обнаружения специфических последовательностей нуклеиновых кислот в биологическом образце является секвенирование нуклеиновой кислоты.Detection of specific nucleic acid sequences present in a biological sample is used, for example, as a method for detecting and classifying microorganisms, a method for diagnosing infectious diseases, for detecting and characterizing genetic abnormalities, detecting genetic changes associated with a malignant tumor, studying the genetic predisposition to a disease, and measuring response to various treatments. A common method for detecting specific nucleic acid sequences in a biological sample is nucleic acid sequencing.

Секвенирования следующего поколения представляют собой мощные инструменты, которые генерируют большие объемы геномных данных за цикл. Интерпретация и анализ такого большого количества данных может быть сложной задачей. Секвенирование ДНК одиночной клетки возникло как инструмент для изучения геномной гетерогенности. Конкретно, микробиом, который несет множество повторяющихся геномных областей, может быть секвенирован путем получения последовательностей ДНК только из одной клетки. Проведение множественных ферментативных реакций на одной клетке ненадежно из-за проблем, связанных с ограничением доступа к внутриклеточным биомолекулам в одной клетке во время множества анализов. Например, многие анализы на основе клеток не могут обеспечить безопасность внутриклеточных молекул, что приводит к потере биомолекул во время проведения анализа.Next generation sequencing is a powerful tool that generates large amounts of genomic data per run. Interpreting and analyzing such a large amount of data can be challenging. Single cell DNA sequencing has emerged as a tool to study genomic heterogeneity. Specifically, a microbiome that carries many repetitive genomic regions can be sequenced by obtaining DNA sequences from only one cell. Conducting multiple enzymatic reactions on a single cell is unreliable due to the problems associated with limiting access to intracellular biomolecules in a single cell during multiple assays. For example, many cell-based assays fail to ensure the safety of intracellular molecules, resulting in the loss of biomolecules during the assay.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к системам, способам и композициям для проведения множества совместных анализов на одиночной клетке, где одиночная клетка инкапсулирована в полую гранулу, таким образом, что одиночная клетка локализована для проведения множества совместных анализов, включая, например, лизис, анализ ДНК, анализ РНК, анализ белков, тагментацию, амплификацию нуклеиновых кислот, секвенирование нуклеиновых кислот, получение библиотеки ДНК, анализ для оценки хроматина, доступного для транспозазы, с использованием секвенирования (ATAC-seq), транспозицию, сохраняющую смежность (CPT-seq), комбинаторное индексированное секвенирование одиночной клетки (SCI-seq), или амплификацию генома одиночной клетки, или любое их сочетание, проводимое последовательно на одиночной клетке.The present invention relates to systems, methods, and compositions for performing multiple collaborative assays on a single cell, wherein the single cell is encapsulated in a hollow bead such that the single cell is localized for multiple collaborative assays, including, for example, lysis, DNA analysis, RNA analysis. , protein analysis, tagging, nucleic acid amplification, nucleic acid sequencing, DNA library generation, transposase-accessible chromatin evaluation analysis using sequencing (ATAC-seq), contiguity-preserving transposition (CPT-seq), combinatorial indexed sequencing of a single cells (SCI-seq), or amplification of the genome of a single cell, or any combination thereof, carried out sequentially on a single cell.

Некоторые варианты осуществления, предлагаемые в настоящем документе, относятся к полой грануле, инкапсулирующей одиночную клетку. В некоторых вариантах осуществления полая гранула включает полимерную оболочку и одиночную клетку, расположенную внутри полимерной оболочки. В некоторых вариантах осуществления полимерная оболочка содержит поры, которые позволяют реагентам диффундировать через полимерную оболочку с одновременным сохранением одиночной клетки.Some embodiments provided herein relate to a hollow bead that encapsulates a single cell. In some embodiments, the implementation of the hollow granule includes a polymer shell and a single cell located inside the polymer shell. In some embodiments, the implementation of the polymer shell contains pores that allow the reactants to diffuse through the polymer shell while maintaining a single cell.

Дополнительные варианты осуществления относятся к способу проведения множества последовательных совместных анализов на одиночной клетке, инкапсулированной в полой грануле. В некоторых вариантах осуществления способ включает получение полой гранулы, как описано в настоящем документе, где полая гранула инкапсулирует одиночную клетку, и последовательное контактирование одиночной клетки с реагентами для проведения множества последовательных совместных анализов.Additional embodiments relate to a method for conducting multiple sequential collaborative assays on a single cell encapsulated in a hollow bead. In some embodiments, the method includes making a hollow bead as described herein, wherein the hollow bead encapsulates a single cell, and sequentially contacting the single cell with reagents to perform multiple sequential collaborative assays.

Некоторые варианты осуществления, предлагаемые в настоящем документе, относятся к способу инкапсуляции одиночной клетки внутри полой гранулы. В некоторых вариантах осуществления способ включает смешивание одиночной клетки с полимером для образования смеси и смешивание смеси с маслом для перекрестного сшивания для образования полимерной оболочки, инкапсулирующей одиночную клетку, где полимерная оболочка содержит поры, которые позволяют реагентам диффундировать через полимерную оболочку с одновременным сохранением одиночной клетки.Some embodiments provided herein relate to a method for encapsulating a single cell within a hollow bead. In some embodiments, the method includes mixing the single cell with a polymer to form a blend, and mixing the blend with a cross-linking oil to form a polymer shell encapsulating the single cell, wherein the polymer shell contains pores that allow reactants to diffuse through the polymer shell while maintaining the single cell.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

ФИГ. 1 представляет собой схематическую диаграмму варианта осуществления микрофлюидной системы генератора капель, которую можно использовать для получения полых гранул, инкапсулирующих клетку.FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a microfluidic droplet generator system that can be used to produce cell-encapsulating hollow beads.

ФИГ. 2 показывает микрофотографии и схематическое представление варианта осуществления полых гранул, которые способны к увеличению размера в присутствии водного буфера. Микрофотографии показывают гранулы в различных состояниях, в том числе (слева направо): дегидратированные гранулы; начало контакта гранул с водной фазой; гранулы, начинающие разбухать; и полностью разбухшие гранулы.FIG. 2 shows micrographs and a schematic representation of an embodiment of hollow granules that are capable of size expansion in the presence of an aqueous buffer. The micrographs show the granules in various states, including (from left to right): dehydrated granules; the beginning of the contact of the granules with the aqueous phase; granules that begin to swell; and fully swollen granules.

ФИГ. 3 представляет собой схематическое изображение, которое показывает вариант осуществления для повышения пористости гранул температурными или химическими способами. Как показано на ФИГ. 3, увеличение пористости гранул может повысить поток частиц внутрь или наружу гранулы, и контроль над пористостью обеспечивает контроль над частицами (включая размер частиц), которые текут внутрь или наружу гранулы.FIG. 3 is a schematic diagram that shows an embodiment for increasing the porosity of the granules by thermal or chemical means. As shown in FIG. 3, increasing the porosity of the granules can increase the flow of particles into or out of the granule, and control of porosity provides control over the particles (including particle size) that flow into or out of the granule.

ФИГ. 4 представляет собой схематическое изображение, которое показывает вариант осуществления способа инкапсуляции клеток без использования устройств путем размещения мономерных единиц полимера над одиночной клеткой.FIG. 4 is a schematic diagram that shows an embodiment of a deviceless cell encapsulation method by placing polymer monomer units over a single cell.

ФИГ. 5 представляет собой схематическое изображение, которое показывает вариант осуществления инкапсулированной клетки внутри полимера, образованной способами без использования устройств, где полимерная оболочка присоединена к клетке путем специфических взаимодействий при помощи молекул для специфического связывания.FIG. 5 is a schematic diagram that shows an embodiment of an encapsulated cell within a polymer formed by deviceless methods, where the polymer shell is attached to the cell by specific interactions with specific binding molecules.

ФИГ. 6 показывает микрофотографии гранул, окрашенных флуоресцентными красителями, которые показывают клетки, инкапсулированные внутри гранул. Микрофотографии показывают (слева направо): окрашивание тиол-специфическими флуорофорами, нацеленными на свободный ПЭГ-малеинимид; окрашивание флуорофорами с техасским красным, нацеленными на свободные -SH группы; и окрашивание ядер окраской по Хехсту.FIG. 6 shows micrographs of beads stained with fluorescent dyes showing cells encapsulated within the beads. Micrographs show (left to right): staining with thiol-specific fluorophores targeting free PEG-maleimide; staining with Texas red fluorophores targeting free -SH groups; and staining of nuclei with Hoechst stain.

ФИГ. 7 представляет собой схематическое изображение, которое показывает вариант осуществления способа проведения множества совместных анализов на полой грануле, инкапсулирующей клетку. ФИГ. 7 показывает вариант осуществления проведения тагментации для получения фрагментов для ATAC-seq, обратной транскрипции для инициации синтеза кДНК, и реакций ПЦР для получения индексированной библиотеки.FIG. 7 is a schematic diagram that shows an embodiment of a method for performing multiple collaborative assays on a cell-encapsulating hollow bead. FIG. 7 shows an embodiment of tagging to obtain fragments for ATAC-seq, reverse transcription to initiate cDNA synthesis, and PCR reactions to obtain an indexed library.

ФИГ. 8 представляет собой схематическое изображение, которое показывает вариант осуществления способа проведения множества совместных анализов на полой грануле, инкапсулирующей клетку. ФИГ. 8 показывает вариант осуществления проведения тагментации для получения фрагментов для ATAC-seq, обратной транскрипции для инициации синтеза кДНК, и реакций ПЦР со случайным расширением для секвенирования полноразмерной РНК для получения индексированной библиотеки.FIG. 8 is a schematic diagram that shows an embodiment of a method for performing multiple collaborative assays on a cell-encapsulating hollow bead. FIG. 8 shows an embodiment of performing tagging to obtain fragments for ATAC-seq, reverse transcription to initiate cDNA synthesis, and random expansion PCR reactions to sequence full-length RNA to obtain an indexed library.

ФИГ. 9 представляет собой схематическое изображение, которое показывает вариант осуществления способа проведения множества совместных анализов на полой грануле, инкапсулирующей клетку. ФИГ. 9 показывает подход трехуровневого комбинаторного индексирования с использованием двух раундов индексированного расщепленного лигирования и одного раунда индексированной ПЦР.FIG. 9 is a schematic diagram that shows an embodiment of a method for performing multiple collaborative assays on a cell-encapsulating hollow bead. FIG. 9 shows a three-level combinatorial indexing approach using two rounds of indexed split ligation and one round of indexed PCR.

ФИГ. 10 представляет собой схематическое изображение, которое показывает вариант осуществления способа проведения множества совместных анализов на полой грануле, инкапсулирующей клетку. ФИГ. 10 показывает множество совместных анализов для комбинаторного индексирования с индексированными транспосомами.FIG. 10 is a schematic diagram that shows an embodiment of a method for performing multiple collaborative assays on a cell-encapsulating hollow bead. FIG. 10 shows a set of collaborative assays for combinatorial indexing with indexed transposomes.

ФИГ. 11 представляет собой схематическое изображение, которое показывает вариант осуществления способа проведения множества совместных анализов на полой грануле, инкапсулирующей клетку. ФИГ. 11 показывает множество совместных анализов для полногеномной амплификации одиночной клетки.FIG. 11 is a schematic diagram that shows an embodiment of a method for performing multiple collaborative assays on a cell-encapsulating hollow bead. FIG. 11 shows multiple collaborative assays for whole genome single cell amplification.

ФИГ. 12 представляет собой технологическую схему, которая показывает вариант осуществления способа получения полногеномной библиотеки при помощи полой гранулы, инкапсулирующей клетку.FIG. 12 is a flow diagram that shows an embodiment of a method for producing a whole genome library using a cell-encapsulating hollow bead.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

В следующем подробном описании дается ссылка на прилагаемые чертежи, которые являются его частью. На чертежах аналогичные символы, как правило, обозначают аналогичные компоненты, если контекст не требует иного. Иллюстративные варианты, описанные в подробном описании, чертежах и пунктах формулы изобретения не являются ограничивающими. Могут быть использованы и другие варианты, и могут быть внесены другие изменения, не выходящие за рамки сущности или объема объекта изобретения, представленного в настоящем документе. Понятно, что аспекты настоящего раскрытия, как, в основном, описано в настоящем документе и проиллюстрировано на фигурах, могут быть расположены, заменены, объединены, разделены и выполнены в широком разнообразии различных конфигураций, причем все они явно рассматриваются в настоящем документе.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which are part of it. In the drawings, like symbols generally denote like components unless the context otherwise requires. The exemplary embodiments described in the detailed description, drawings, and claims are non-limiting. Other variations may be used and other changes may be made without departing from the spirit or scope of the subject matter presented herein. It is understood that aspects of the present disclosure, as generally described herein and illustrated in the figures, may be arranged, replaced, combined, separated, and configured in a wide variety of different configurations, all of which are explicitly discussed herein.

Варианты осуществления, представленные в настоящем документе, относятся к полым гранулам, инкапсулирующим одиночную клетку, способам получения полых гранул, и способам проведения множества совместных анализов на одиночной клетке, инкапсулированной в полой грануле. Полые гранулы могут включать гидрогелевые полимеры и кросслинкеры, которые смешивают в присутствии клетки и которые формируют полые гранулы, инкапсулирующие клетку. Полые гранулы могут содержать поры, которые позволяют реагентам диффундировать через полую гранулу с сохранением клетки внутри полой гранулы, и таким образом, позволять реакциям проходить внутри полых гранул. В некоторых вариантах осуществления полые гранулы позволяют проводить coвместные анализы на одной и той же одиночной клетке с одновременным поддержанием клеточной смежности. В частности, способы, системы и композиции, предлагаемые в настоящем документе позволяют локализовать внутриклеточные биомолекулы и получить к ним доступ в инкапсулированных клетках. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления полые гранулы, описываемые в настоящем документе, обозначают в настоящем документе как частицы для поддержания смежности. Таким образом, Как применяют в настоящем документе термин «частица для поддержания смежности» относится к полой грануле, инкапсулирующему одиночную клетку.Embodiments provided herein relate to hollow beads encapsulating a single cell, methods for making hollow beads, and methods for performing multiple collaborative assays on a single cell encapsulated in a hollow bead. Hollow beads may include hydrogel polymers and crosslinkers which are mixed in the presence of the cell and which form hollow beads that encapsulate the cell. The hollow beads may contain pores that allow reactants to diffuse through the hollow bead while retaining the cell within the hollow bead, and thus allow reactions to take place within the hollow bead. In some embodiments, hollow beads allow for co-assays on the same single cell while maintaining cell contiguity. In particular, the methods, systems, and compositions provided herein allow intracellular biomolecules to be localized and accessed within encapsulated cells. Thus, in some embodiments, the hollow beads described herein are referred to herein as adjacency particles. Thus, As used herein, the term "adjacency particle" refers to a hollow granule encapsulating a single cell.

Частицы для поддержания смежности, описываемые в настоящем документе, можно использовать для компартментализации клетки для способов «следующего поколения» и для проведения анализов с множеством аналитов на отдельной клетке. Частицы для поддержания смежности и способы их применения, описываемые в настоящем документе, позволяют эффективно анализировать миллионы клеток по отдельности и, таким образом, снижать стоимость получения образца и поддержания смежности образца. Композиции и способы, описываемые в настоящем документе, поддерживают клеточную смежность без использования стратегий внешней компартментализации (микрофлюидная техника), таких как эмульсии, иммобилизация или другие микрокомпартменты.The adjacency particles described herein can be used to compartmentalize a cell for "next generation" methods and to perform multiple analyte assays on a single cell. The adjacency particles and their methods of use described herein enable the efficient analysis of millions of cells individually and thus reduce the cost of obtaining a sample and maintaining sample adjacency. The compositions and methods described herein maintain cellular contiguity without the use of external compartmentalization strategies (microfluidic technique) such as emulsions, immobilization, or other microcompartments.

В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности, как описано в настоящем документе, можно использовать в анализах для исследования одиночной клетки. Анализы, которые можно проводить на одиночной клетке, могут включать, например, лизис клеток, анализ ДНК, анализ РНК, секвенирование нуклеиновых кислот, анализ белков, тагментацию, амплификацию нуклеиновых кислот, получение библиотеки ДНК, анализ для оценки хроматина, доступного для транспозазы, с использованием секвенирования (ATAC-seq), транспозицию, сохраняющую смежность (CPT-seq), комбинаторное индексированное секвенирование одиночной клетки (SCI-seq), или амплификацию генома одиночной клетки, или любое их сочетание, проводимое последовательно.In some embodiments, adjacency particles as described herein can be used in single cell assays. Assays that can be performed on a single cell may include, for example, cell lysis, DNA analysis, RNA analysis, nucleic acid sequencing, protein analysis, tagging, nucleic acid amplification, DNA library preparation, analysis to assess chromatin available to transposase, with using sequencing (ATAC-seq), contiguity-preserving transposition (CPT-seq), single cell combinatorial indexed sequencing (SCI-seq), or single cell genome amplification, or any combination thereof, performed sequentially.

Применение частиц для поддержания смежности для проведения одного или нескольких анализов на одиночной клетке можно использовать одновременно на множестве частиц для поддержания смежности для того чтобы одновременно проводить совместные анализы на ряде одиночных клеток, например, от 10000 до 1 миллиона одиночных клеток, таких как 10000, 50000, 100000, 500000 или 1 миллион одиночных клеток.The use of adjacency particles to perform one or more assays on a single cell can be used simultaneously on multiple adjacency particles to simultaneously perform cooperative assays on a number of single cells, e.g. 10,000 to 1 million single cells, such as 10,000, 50,000 , 100,000, 500,000 or 1 million single cells.

Размер пор частицы для поддержания смежности можно сконструировать таким образом, чтобы обеспечить диффузию реагентов, таких как ферменты, химические вещества, и праймеры меньшего размера (˂ 50 п.о), с одновременным сохранением одиночной клетки самой по себе или с одновременным сохранением других более крупных частиц, таких как более крупные нуклеиновые кислоты (˃ 300 п.о.) внутри полой гранулы во время проведения одного или нескольких анализов.The pore size of the adjacency particle can be designed to allow diffusion of reagents such as enzymes, chemicals, and smaller primers (˂ 50 bp) while maintaining a single cell on its own or while maintaining other larger particles such as larger nucleic acids (˃ 300 bp) within a hollow bead during one or more assays.

Как применяют в настоящем документе, термин «реагент» описывает вещество или смесь двух или более веществ, подходящих для реагирования, взаидействия с образцом, растворения образца или добавления к образцу, и может включать вещества, применяемые в анализах, описываемых в настоящем документе, включая вещества для лизиса, анализа нуклеиновых кислот, реакций амплификации нуклеиновых кислот, анализа белков, реакций тагментации, реакций ATAC-seq, CPT-seq или SCI-seq, или других анализов. Таким образом, реагенты могут включать, например, буферы, химические вещества, ферменты, полимеразу, праймеры с размером менее чем 50 пар оснований, матричные нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, метки, краски, или нуклеазы. В некоторых вариантах осуществления реагент включает лизоцим, протеиназу K, случайные гексамеры, полимеразу (например, Φ29 ДНК-полимеразу, Taq-полимеразу, Bsu-полимеразу), транспозазу (например, Tn5), праймеры (например, адаптерные последовательности P5 и P7), лигазу, катализирующий фермент, дезоксинуклеотид трифосфаты, буферы, или двухвалентные катионы.As used herein, the term "reagent" describes a substance or mixture of two or more substances suitable for reacting, reacting with a sample, dissolving a sample, or adding to a sample, and may include substances used in the assays described herein, including substances for lysis, nucleic acid analysis, nucleic acid amplification reactions, protein analysis, tagmentation reactions, ATAC-seq, CPT-seq or SCI-seq reactions, or other assays. Thus, reagents may include, for example, buffers, chemicals, enzymes, polymerase, primers smaller than 50 base pairs, template nucleic acids, nucleotides, labels, dyes, or nucleases. In some embodiments, the reagent includes lysozyme, proteinase K, random hexamers, polymerase (e.g., Φ29 DNA polymerase, Taq polymerase, Bsu polymerase), transposase (e.g., Tn5), primers (e.g., P5 and P7 adapter sequences), ligase, catalyzing enzyme, deoxynucleotide triphosphates, buffers, or divalent cations.

Частицы для поддержания смежностиParticles to Maintain Adjacency

В некоторых вариантах осуществления полая гранула имеет полимерную оболочку, которую получали из композиции гидрогеля. Как применяют в настоящем документе, термин «гидрогель» относится к веществу, которое образуется, когда органический полимер (природный или синтетический) перекрестно сшивают посредством ковалентных, ионных, или водородных связей для получения трехмерной структуры с открытой решеткой, которая захватывает молекулы воды для формирования геля. В некоторых вариантах осуществления гидрогель может быть биосовместимым гидрогелем. Как применяют в настоящем документе, термин «биосовместимый гидрогель» относится к полимеру, который образует гель, не токсичный для живых клеток и обеспечивающий достаточную диффузию кислорода и питательных веществ к захваченным клеткам для обеспечения жизнеспособности. В некоторых вариантах осуществления материал для гидрогеля включает альгинат, акриламид, или полиэтиленгликоль (ПЭГ), ПЭГ-акрилат, ПЭГ-амин, ПЭГ-карбоксилат, ПЭГ-дитиол, ПЭГ-эпоксид, ПЭГ-изоцианат, ПЭГ-малеинимид, полиакриловую кислоту (PAA), поли(метил метакрилат) (PMMA), полистирол (PS), полистирола сульфонат (PSS), поливинилпирролидон (PVPON), N, N’-бис(акрилоил)цистамин, полипропиленоксид (PPO), поли(гидроксиэтил метакрилат) (PHEMA), поли(N-изопропилакриламид) (PNIPAAm), поли(молочную кислоту) (PLA), сополимер молочной и гликолевой кислот (PLGA), поликапролактон (PCL), поли(винилсульфоновую кислоту) (PVSA), поли(L-аспарагиновую кислоту), поли(L-глутаминовую кислоту), полилизин, агар, агарозу, гепарин, альгината сульфат, декстрана сульфат, гиалуроновую кислоту, пектин, каррагенан, желатин, хитозан, целлюлозу, коллаген, бисакриламид, диакрилат, диаллиламин, триаллиламин, дивинил сульфон, диаллиловый простой эфир диэтиленгликоля, этиленгликоль диакрилат, полиметиленгликоль диакрилат, полиэтиленгликоль диакрилат, триметилопропоан триметакрилат, этоксилированный триметилол триакрилат, или этоксилированный пентаэритритол тетракрилат, или комбинации, или их смеси. В некоторых вариантах осуществления гидрогель представляет собой альгинат, акриламид, или материал на основе ПЭГ. В некоторых вариантах осуществления гидрогель представляет собой материал на основе ПЭГ с химическим составом на основе реакций акрилат-дитиола и эпоксид-амина. В некоторых вариантах осуществления гидрогель формирует полимерную оболочку, которая включает ПЭГ-малеинимид/дитиоловое масло, ПЭГ-эпоксид/аминовое масло, ПЭГ-эпоксид/ПЭГ-амин, или ПЭГ-дитиол/ПЭГ-акрилат. В некоторых вариантах осуществления материал для гидрогеля выбран, чтобы избежать образования свободных радикалов, которые имеют потенциал для повреждения внутриклеточных биомолекул. В некоторых вариантах осуществления гидрогелевый полимер включает 60-90% жидкости, такой как вода, и 10-30% полимера. В определенных вариантах осуществления содержание воды в гидрогеле составляет приблизительно 70-80%. Как применяют в настоящем документе, термин «приблизительно» или «примерно» при модификации числового значения относится к вариациям, которые могут происходить с числовым значением. Например, вариации могут происходить из-за различий в производстве определенного субстрата или компонента. В одном из вариантов осуществления термин «приблизительно» означает в пределах 1%, 5%, или до 10% от указанного числового значения.In some embodiments, the implementation of the hollow granule has a polymer shell, which was obtained from the composition of the hydrogel. As used herein, the term "hydrogel" refers to the substance that is formed when an organic polymer (natural or synthetic) is cross-linked through covalent, ionic, or hydrogen bonds to form a three-dimensional open lattice structure that traps water molecules to form a gel. . In some embodiments, the hydrogel may be a biocompatible hydrogel. As used herein, the term "biocompatible hydrogel" refers to a polymer that forms a gel that is not toxic to living cells and allows sufficient diffusion of oxygen and nutrients to the trapped cells to ensure viability. In some embodiments, the hydrogel material comprises alginate, acrylamide or polyethylene glycol (PEG), PEG acrylate, PEG amine, PEG carboxylate, PEG dithiol, PEG epoxide, PEG isocyanate, PEG maleimide, polyacrylic acid (PAA ), poly(methyl methacrylate) (PMMA), polystyrene (PS), polystyrene sulfonate (PSS), polyvinylpyrrolidone (PVPON), N,N'-bis(acryloyl)cystamine, polypropylene oxide (PPO), poly(hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA ), poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), poly(lactic acid) (PLA), lactic acid glycolic acid (PLGA), polycaprolactone (PCL), poly(vinyl sulfonic acid) (PVSA), poly(L-aspartic acid) ), poly(L-glutamic acid), polylysine, agar, agarose, heparin, alginate sulfate, dextran sulfate, hyaluronic acid, pectin, carrageenan, gelatin, chitosan, cellulose, collagen, bisacrylamide, diacrylate, diallylamine, triallylamine, divinyl sulfone, diethylene glycol diallyl ether, ethylene glycol diacrylate, polymethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, trimethylopropoane trimethacrylate, ethoxylated trimethylol triacrylate, or ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate, or combinations or mixtures thereof. In some embodiments, the hydrogel is an alginate, acrylamide, or PEG-based material. In some embodiments, the implementation of the hydrogel is a PEG-based material with a chemical composition based on the reactions of acrylate-dithiol and epoxy-amine. In some embodiments, the hydrogel forms a polymer shell that includes PEG maleimide/dithiol oil, PEG epoxide/amine oil, PEG epoxide/PEG amine, or PEG dithiol/PEG acrylate. In some embodiments, the hydrogel material is selected to avoid the formation of free radicals, which have the potential to damage intracellular biomolecules. In some embodiments, the hydrogel polymer comprises 60-90% liquid, such as water, and 10-30% polymer. In certain embodiments, the implementation of the water content of the hydrogel is approximately 70-80%. As used herein, the term "approximately" or "about" when modifying a numeric value refers to the variations that can occur with the numeric value. For example, variations may occur due to differences in the production of a particular substrate or component. In one embodiment, the term "about" means within 1%, 5%, or up to 10% of the specified numerical value.

Как применяют в настоящем документе, полимерная оболочка представляет собой полимерную поверхность полой гранулы, имеющего оболочку с внутренней частью, которая инкапсулирует одиночную клетку. Из-за природы полых гранул, описываемых в настоящем документе, частицы для поддержания смежности могут сохранять генетический материал после нескольких анализов и могут высвобождать его путем физической силы, расщепления химических веществ, или путем создания осмотического дисбаланса в зависимости от толщины полимерной оболочки.As used herein, a polymeric shell is the polymeric surface of a hollow granule having a shell with an interior that encapsulates a single cell. Due to the nature of the hollow beads described herein, adjacency particles can retain genetic material after multiple assays and can release it by physical force, chemical degradation, or by creating an osmotic imbalance depending on the thickness of the polymer shell.

Гидрогели можно получать путем перекрестного сшивания гидрофильных биополимеров или синтетических полимеров. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления гидрогель может включать кросслинкер. Как применяют в настоящем документе, термин «кросслинкер» относится к молекуле, которая может формировать трехмерную сеть при реагировании с подходящими базовыми мономерами. Примеры гидрогелевых полимеров, которые могут содержать один или несколько кросслинкеров, в качестве неограничивающих примеров включают, гиалуроновые кислоты, хитозаны, агар, гепарин, сульфат, целлюлозу, альгинаты (включая альгината сульфат), коллаген, декстраны (включая декстрансульфат), пектин, каррагенан, полилизин, желатины (включая желатин типа A), агарозу, (мет)акрилат-олиголактид-PEO-олиголактид-(мет)акрилат, PEO-PPO-PEO сополимеры (Плюроники), поли(фосфазен), поли(метакрилаты), поли(N-винилпирролидон), PL(G)A-PEO-PL(G)A сополимеры, поли(этилен имин), полиэтиленгликоль (ПЭГ)-тиол, ПЭГ-акрилат, акриламид, N, N’-бис(акрилoил)цистамин, ПЭГ, полипропиленоксид (PPO), полиакриловую кислоту, поли(гидроксиэтил метакрилат) (PHEMA), поли(метил метакрилат) (PMMA), поли(N-изопропилакриламид) (PNIPAAm), поли(молочную кислоту) (PLA), сополимер молочной и гликолевой кислот (PLGA), поликапролактон (PCL), поли(винилсульфоновую кислоту) (PVSA), поли(L-аспарагиновую кислоту), поли(L-глутаминовую кислоту), бисакриламид, диакрилат, диаллиламин, триаллиламин, дивинил сульфон, диаллиловый простой эфир диэтиленгликоля, этиленгликоль диакрилат, полиметиленгликоль диакрилат, полиэтиленгликоль диакрилат, триметилопропоан триметакрилат, этоксилированный триметилол триакрилат, или этоксилированный пентаэритритол тетракрилат, или их сочетания. Таким образом, например, комбинация может включать полимер и кросслинкер, например полиэтиленгликоль (ПЭГ)-тиол/ПЭГ-акрилат, акриламид/N, N’-бис(акрилоил)цистамин (BACy), или ПЭГ/полипропиленоксид (PPO). В некоторых вариантах осуществления полимерная оболочка включает полиэтиленгликоль (ПЭГ) с четырьмя функциональными концами. В некоторых вариантах осуществления полиэтиленгликоль (ПЭГ) с четырьмя функциональными концами выбран из группы, состоящей из ПЭГ-акрилата, ПЭГ-амина, ПЭГ-карбоксилата, ПЭГ-дитиола, ПЭГ-эпоксида, ПЭГ-изоцианата, и ПЭГ-малеинимида.Hydrogels can be made by cross-linking hydrophilic biopolymers or synthetic polymers. Thus, in some embodiments, the implementation of the hydrogel may include a crosslinker. As used herein, the term "crosslinker" refers to a molecule that can form a three-dimensional network when reacted with suitable base monomers. Examples of hydrogel polymers that may contain one or more crosslinkers include, but are not limited to, hyaluronic acids, chitosans, agar, heparin, sulfate, cellulose, alginates (including alginate sulfate), collagen, dextrans (including dextran sulfate), pectin, carrageenan, polylysine, gelatins (including type A gelatin), agarose, (meth)acrylate-oligolactide-PEO-oligolactide-(meth)acrylate, PEO-PPO-PEO copolymers (Pluronics), poly(phosphazene), poly(methacrylates), poly( N-vinylpyrrolidone), PL(G)A-PEO-PL(G)A copolymers, poly(ethylene imine), polyethylene glycol (PEG)-thiol, PEG-acrylate, acrylamide, N,N'-bis(acryloyl)cystamine, PEG, polypropylene oxide (PPO), polyacrylic acid, poly(hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA), poly(methyl methacrylate) (PMMA), poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), poly(lactic acid) (PLA), lactic and glycolic acid (PLGA), polycaprolactone (PCL), poly(vinylsulfonic acid) (PVSA), poly(L-aspartic acid), poly(L-glutamic acid), bisacrylamide, diacrylate, diallylamine, triallylamine, divinyl sulfone, diallyl ether diethylene glycol, ethylene glycol diacrylate, polymethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, trimethylopropoane trimethacrylate, ethoxylated trimethylol triacrylate, or ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate, or combinations thereof. Thus, for example, the combination may include a polymer and a crosslinker, such as polyethylene glycol (PEG)-thiol/PEG-acrylate, acrylamide/N, N'-bis(acryloyl)cystamine (BACy), or PEG/polypropylene oxide (PPO). In some embodiments, the implementation of the polymer shell includes polyethylene glycol (PEG) with four functional ends. In some embodiments, the polyethylene glycol (PEG) with four functional ends is selected from the group consisting of PEG acrylate, PEG amine, PEG carboxylate, PEG dithiol, PEG epoxide, PEG isocyanate, and PEG maleimide.

В одном из вариантов осуществления, кросслинкер представляет собой кросслинкер мгновенного действия или медленный кросслинкер. Кросслинкер мгновенного действия представляет собой кросслинкер, который мгновенно образует перекрестные сшивки в полимере гидрогеля, и в настоящем документе он также называется «клик-химией». Кросслинкеры мгновенного действия могут включать дитиоловое масло+ПЭГ-малеинимид или ПЭГ эпоксид+аминовое масло. Медленный кросслинкер представляет собой кросслинкер, который медленно образует перекрестные сшивки в полимере гидрогеля, и может включать ПЭГ-эпоксид+ПЭГ-амин или ПЭГ-дитиол+ПЭГ-акрилат. Медленному кросслинкеру может потребоваться более нескольких часов для образования перекрестных сшивок, например, более чем 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, или 12 часов для перекрестного сшивания. В некоторых вариантах осуществления, предлагаемых в настоящем документе, частицы для поддержания смежности формулируют при помощи кросслинкера мгновенного действия, и, таким образом, сохраняют состояние клетки лучшим, по сравнению с медленным кросслинкером. Без связи с какой-либо теорией, клетки, возможно, могут подвергаться физиологическим изменениям за счет внутриклеточных сигнальных механизмов во время более долгого перекрестного сшивания.In one embodiment, the crosslinker is an instant crosslinker or a slow crosslinker. An instant crosslinker is a crosslinker that crosslinks instantly in a hydrogel polymer and is also referred to herein as "click chemistry". Instant crosslinkers may include dithiol oil + PEG maleimide or PEG epoxide + amine oil. A slow crosslinker is a crosslinker that crosslinks slowly in a hydrogel polymer and may include PEG-epoxide+PEG-amine or PEG-dithiol+PEG-acrylate. A slow crosslinker may take more than a few hours to crosslink, for example more than 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, or 12 hours to crosslink. In some embodiments provided herein, adjacency particles are formulated with an instantaneous crosslinker, and thus keep the cell in better condition than a slow crosslinker. Without being bound by any theory, cells may possibly undergo physiological changes through intracellular signaling mechanisms during longer cross-linking.

В некоторых вариантах осуществления кросслинкер образует дисульфидную связь в полимере гидрогеля, таким образом, связывая полимеры гидрогеля. В некоторых вариантах осуществления полимеры гидрогеля образуют матрицу гидрогеля с порами (например, пористую матрицу гидрогеля). Эти поры способны к удержанию внутри полимерной оболочки достаточно больших частиц, таких как одиночная клетка или выделенные из нее нуклеиновые кислоты, но позволяют другим материалам, таким как реагенты, проходить через поры, таким образом, пропуская их внутрь и наружу полых гранул. В некоторых вариантах осуществления размер пор полимерной оболочки точно настроен путем варьирования соотношения концентрации полимера и концентрации кросслинкера. В некоторых вариантах осуществления соотношение полимера к кросслинкеру составляет 30:1, 25:1, 20:1, 19:1, 18:1, 17:1, 16:1, 15:1, 14:1, 13:1, 12:1, 11:1, 10:1, 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9, 1:10, 1:15, 1:20, или 1:30, или соотношение в пределах диапазона, определенного любыми двумя вышеуказанными соотношениями. В некоторых вариантах осуществления к полимерной матрице могут быть пришиты дополнительные группы, такие как ДНК-праймер или заряженные химические группы, для того чтобы соответствовать требованиям различных применений.In some embodiments, the crosslinker forms a disulfide bond in the hydrogel polymer, thereby linking the hydrogel polymers. In some embodiments, the hydrogel polymers form a porous hydrogel matrix (eg, a porous hydrogel matrix). These pores are capable of retaining sufficiently large particles, such as a single cell or nucleic acids isolated from it, within the polymer shell, but allow other materials, such as reagents, to pass through the pores, thus allowing them to pass in and out of the hollow granules. In some embodiments, the pore size of the polymer shell is fine-tuned by varying the ratio of polymer concentration to crosslinker concentration. In some embodiments, the ratio of polymer to crosslinker is 30:1, 25:1, 20:1, 19:1, 18:1, 17:1, 16:1, 15:1, 14:1, 13:1, 12 :1, 11:1, 10:1, 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1, 1:1, 1:2 , 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9, 1:10, 1:15, 1:20, or 1:30, or ratio within the range defined by any two of the above ratios. In some embodiments, additional groups, such as a DNA primer or charged chemical groups, may be ligated to the polymer matrix in order to meet the requirements of various applications.

Как применяют в настоящем документе, термин «пористость» означает долю объема (без размеров) гидрогеля, которая состоит из открытого пространства, например, пор или других отверстий. Таким образом, «пористость» измеряет пустые места в материале и представляет собой долю объема пустот по отношению к общему объему, в процентах от 0 и до 100% (или между 0 и 1). Пористость гидрогеля может находиться в диапазоне от 0,5 до 0,99, приблизительно от 0,75 до приблизительно 0,99, или приблизительно от 0,8 до приблизительно 0,95.As used herein, the term "porosity" means the proportion of the volume (without dimensions) of the hydrogel, which consists of open space, such as pores or other openings. Thus, "porosity" measures voids in a material and is the proportion of void volume relative to total volume, as a percentage between 0 and 100% (or between 0 and 1). The porosity of the hydrogel may range from 0.5 to 0.99, from about 0.75 to about 0.99, or from about 0.8 to about 0.95.

Полимерная оболочка может иметь любой размер пор , который обеспечивает достаточную диффузию реагентов с одновременным сохранением одиночной клетки или выделенных из нее нуклеиновых кислот. Как применяют в настоящем документе, термин «размер пор» относится к диаметру или эффективному диаметру поперечного сечения пор. Термин «размер пор» может таке относиться к среднему диаметру или среднему эффективному диаметру поперечного сечения пор, на основании измерения множества пор. Эффективный диаметр не круглого поперечного сечения равен диаметру круглого поперечного сечения, имеющего ту же площадь поперечного сечения, что и некруглое поперечное сечение. В некоторых вариантах осуществления гидрогель может набухать, когда гидрогель является гидратированным. Размеры пор могут изменяться в зависимости от содержания воды в гидрогеле. В некоторых вариантах осуществления поры гидрогеля могут иметь пору достаточного размера, чтобы удерживать инкапсулированную клетку внутри гидрогеля, но позволяют реагентам проходить через них. В некоторых вариантах осуществления внутренняя часть полимерной оболочки представляет собой водную среду. В некоторых вариантах осуществления одиночная клетка, расположенная в полимерной оболочке, не взаимодействует с полимерной оболочкой и/или не контактирует с полимерной оболочкой. В некоторых вариантах осуществления полимерная оболочка формируется вокруг клетки (как описано в настоящем документе более подробно), и клетка находится в контакте с полимерной оболочкой из-за того, что полимерная оболочка доставляется к клеточной поверхности путем пассивной адсорбции или нацеленным способом, таким как присоединение к антителу или другой молекуле для специфического связывания.The polymer shell can have any pore size that allows sufficient diffusion of the reagents while maintaining a single cell or nucleic acids isolated from it. As used herein, the term "pore size" refers to the diameter or effective cross-sectional diameter of the pores. The term "pore size" may also refer to the average diameter or effective average cross-sectional diameter of the pores, based on the measurement of a plurality of pores. The effective diameter of a non-circular cross-section is equal to the diameter of a circular cross-section having the same cross-sectional area as the non-circular cross-section. In some embodiments, the hydrogel may swell when the hydrogel is hydrated. Pore sizes may vary depending on the water content of the hydrogel. In some embodiments, the pores of the hydrogel may have a pore of sufficient size to retain the encapsulated cell within the hydrogel, but allow reagents to pass through. In some embodiments, the interior of the polymer shell is an aqueous medium. In some embodiments, the implementation of a single cell, located in the polymer shell, does not interact with the polymer shell and/or does not contact the polymer shell. In some embodiments, a polymeric envelope is formed around the cell (as described herein in more detail) and the cell is in contact with the polymeric envelope due to the polymeric envelope being delivered to the cell surface by passive adsorption or in a targeted manner such as attachment to an antibody or other molecule for specific binding.

В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности имеют размер, достаточный для инкапсуляции одиночной клетки. В некоторых вариантах осуществления частица для поддержания смежности имеет диаметр приблизительно от 20 мкм до приблизительно 200 мкм, такой как 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, или 200 мкм, или диаметр в диапазоне, определенном любыми двумя вышеуказанными значениями. Размер частицы для поддержания смежности может меняться из-за факторов окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности расширяются, когда их отделяют от непрерывной масляной фазы и погружают в водную фазу, как показано на ФИГ. 2. В некоторых вариантах осуществления расширение частиц для поддержания смежности повышает эффективность проведения анализов на генетическом материале внутри инкапсулированных клеток. В некоторых вариантах осуществления расширение частиц для поддержания смежности создает большую среду для индексированных вставок, которые необходимо амплифицировать во время ПЦР, что в ином случае может быть ограничено в современных клеточных анализах.In some embodiments, the adjacency particles are of a size sufficient to encapsulate a single cell. In some embodiments, the adjacency particle has a diameter of about 20 microns to about 200 microns, such as 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160 , 170, 180, 190, or 200 µm, or a diameter in the range defined by any two of the above. The size of the adjacency particle may vary due to environmental factors. In some embodiments, the adjacency particles expand when separated from the continuous oil phase and immersed in an aqueous phase, as shown in FIG. 2. In some embodiments, expanding the particles to maintain contiguity improves the performance of assays on genetic material within encapsulated cells. In some embodiments, expanding the particles to maintain contiguity creates a larger environment for indexed inserts to be amplified during PCR, which may otherwise be limited in current cell assays.

В некоторых вариантах осуществления размер пор увеличен достаточно для удержания инкапсулированной клетки, но позволяет выделенным нуклеиновым кислотам диффундировать через полимерную оболочку, как показано на ФИГ. 3. В некоторых вариантах осуществления размер пор частиц для поддержания смежности можно котролировать, изменяя химию перекрестного сшивания. Окончательный размер перекрестно-сшитых пор можно дополнительно изменять при помощи окружения частицы для поддержания смежности, например, изменяя концентрацию соли, pH, или температуру, таким образом, позволяя иммобилизованным молекулам высвобождаться из частицы для поддержания смежности.In some embodiments, the pore size is increased enough to retain the encapsulated cell, but allows the isolated nucleic acids to diffuse through the polymeric envelope, as shown in FIG. 3. In some embodiments, the pore size of the particles to maintain contiguity can be controlled by changing the crosslinking chemistry. The final cross-linked pore size can be further modified by the particle's environment to maintain contiguity, for example by changing the salt concentration, pH, or temperature, thereby allowing immobilized molecules to be released from the particle to maintain contiguity.

В некоторых вариантах осуществления кросслинкер представляет собой обратимый кросслинкер. В некоторых вариантах осуществления обратимый кросслинкер способен обратимо сшивать полимер гидрогеля и и способен становиться не сшитым в присутствии расщепителя. В некоторых вариантах осуществления кросслинкер можно расщеплять при помощи восстановителя, при помощи повышенной температуры, или при помощи электрического поля. В некоторых вариантах осуществления обратимый кросслинкер может быть N, N’-бис(акрилoил)цистамином, обратимым кросслинкером для полиакриламидных гелей, где дисульфидная связь может быть разрушена в присутствии подходящего восстановителя. Как показано на ФИГ. 3, пористость гранул можно повышать температурными или химическими способами, таким образом, облегчая контакт кросслинкера восстановителем, который расщепляет дисульфидные связи кросслинкера, разрушая полые гранулы. Полые гранулы разрушаются и высвобождают содержимое, которое удерживалось внутри, такое как нуклеиновые кислоты. В некоторых вариантах осуществления кросслинкер расщепляют, повышая температуру выше чем 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, или 100°C. В некоторых вариантах осуществления кросслинкер расщепляют путем контакта полых гранул с восстановителем. В некоторых вариантах осуществления восстановители включают фосфиновые соединения, водорастворимые фосфины, азот-содержащие фосфины, и их соли и производные, дитиоэритритол (DTE), дитиотрейтол (DTT) (цис- и транс-изомеры, соответственно, 2,3-дигидрокси-l,4-дитиолбутана), 2-меркаптоэтанол или β-меркаптоэтанол (BME), 2-меркаптоэтанол или аминоэтантиол, глутатион, тиогликолат или тиогликолевую кислоту, 2,3-димеркаптопропанол, трис(2-карбоксиэтил)фосфин (TCEP), трис(гидроксиметил)фосфин (THP), или P-[трис(гидроксиметил)фосфин] пропионовую кислоту (THPP).In some embodiments, the crosslinker is a reversible crosslinker. In some embodiments, the reversible crosslinker is capable of reversibly crosslinking the hydrogel polymer and is capable of becoming uncrosslinked in the presence of a cleaving agent. In some embodiments, the crosslinker can be cleaved with a reducing agent, with elevated temperature, or with an electric field. In some embodiments, the reversible crosslinker can be N,N'-bis(acryloyl)cystamine, a reversible crosslinker for polyacrylamide gels, where the disulfide bond can be broken in the presence of a suitable reducing agent. As shown in FIG. 3, the porosity of the pellets can be increased by thermal or chemical means, thereby facilitating the contact of the crosslinker with a reducing agent that cleaves the disulfide bonds of the crosslinker, destroying the hollow pellets. The hollow granules break down and release the contents that were held inside, such as nucleic acids. In some embodiments, the crosslinker is cleaved by raising the temperature above 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, or 100°C. In some embodiments, the crosslinker is cleaved by contacting the hollow beads with a reducing agent. In some embodiments, reducing agents include phosphine compounds, water-soluble phosphines, nitrogen-containing phosphines, and their salts and derivatives, dithioerythritol (DTE), dithiothreitol (DTT) (cis and trans isomers, respectively, 2,3-dihydroxy-l, 4-dithiolbutane), 2-mercaptoethanol or β-mercaptoethanol (BME), 2-mercaptoethanol or aminoethanethiol, glutathione, thioglycolate or thioglycolic acid, 2,3-dimercaptopropanol, tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP), tris(hydroxymethyl) phosphine (THP), or P-[tris(hydroxymethyl)phosphine] propionic acid (THPP).

В некоторых вариантах осуществления повышение температуры для увеличения диффузии или контакта с восстановителем разрушает кросслинкер, таким образом, высвобождая инкапсулированный генетический материал из частицы для поддержания смежности.In some embodiments, raising the temperature to increase diffusion or contact with the reducing agent destroys the crosslinker, thereby releasing the encapsulated genetic material from the particle to maintain contiguity.

В некоторых вариантах осуществления перекрестные сшивки кросслинкера устанавливают поры в частице для поддержания смежности. В некоторых вариантах осуществления размер пор в полимерной оболочке является регулируемым и его создают для инкапсуляции клеток или нуклеиновых кислот, размером больше чем приблизительно 300 пар оснований, но позволяющим более мелким частицам, таким как реагенты, или более мелким нуклеиновым кислотам, размерам менее чем приблизительно 50 пар оснований, таким как праймеры, проходить через поры. В некоторых вариантах осуществления реагенты включают реагенты для обработки генетического материала, такие как реагенты для выделения нуклеиновых кислот из клетки, для амплификации или секвенирования нуклеиновых кислот или для получения библиотек нуклеиновых кислот. В некоторых вариантах осуществления реагенты включают, например, лизоцим, протеиназу K, случайные гексамеры, полимеразу (например, Φ29 ДНК-полимеразу, Taq-полимеразу, Bsu-полимеразу), транпозазу (например, Tn5), праймеры (например, адаптерные последовательности P5 и P7), лигазу, катализирующий фермент, дезоксинуклеотид трифосфаты, буферы, или двухвалентные катионы.In some embodiments, cross-linking of the crosslinker establishes pores in the particle to maintain contiguity. In some embodiments, the pore size in the polymer shell is adjustable and designed to encapsulate cells or nucleic acids larger than about 300 bp, but allowing smaller particles such as reagents or smaller nucleic acids smaller than about 50 bp. base pairs, such as primers, pass through the pores. In some embodiments, the reagents include reagents for processing genetic material, such as reagents for isolating nucleic acids from a cell, for amplifying or sequencing nucleic acids, or for generating nucleic acid libraries. In some embodiments, the reagents include, for example, lysozyme, proteinase K, random hexamers, polymerase (e.g., Φ29 DNA polymerase, Taq polymerase, Bsu polymerase), transposase (e.g., Tn5), primers (e.g., P5 and P7), ligase, catalyzing enzyme, deoxynucleotide triphosphates, buffers, or divalent cations.

Примеры типов клеток, которые можно использовать в частице для поддержания смежности, могут включать, например, клетки, выделенные из ткани при биопсии (например, из ткани с заболеванием, например, раком толстой кишки, молочной железы, предстательной железы, легкого, кожи, или тканей, инфицированных патогеном и т.д.) и нормальные клетки из той же ткани, например, от того же пациента; клетки, выращенные в тканевой культуре, которые являются бессмертными (например, клетки с пролиферативной мутацией или иммортализирующим трансгеном), инфицированные патогеном или обработанные (например, с помощью экологических или химических агентов, таких как пептиды, гормоны, измененная температура, условия роста, физический стресс, клеточная трансформация и т. д.) и нормальные клетки (например, клетки, которые идентичны экспериментальным клеткам, за исключением того, что они не иммортализованы, не инфицированы или не обработаны и т. д.); клетки, выделенные из млекопитающего с злокачественной опухолью, заболеванием, пожилого млекопитающего или больного млекопитающего, и клетки из млекопитающего того же вида, например, из того же семейства, но здорового или молодого; и дифференцированные клетки и недифференцированные клетки от одного и того же млекопитающего (например, одна клетка является прародителем другой у млекопитающего, например). В одном из вариантов осуществления можно сравнивать клетки разных типов, например, нейрональные и не нервные клетки, или клетки разного статуса (например, до и после стимуляции на клетках). В другом варианте осуществления, экспериментальный материал представляет собой клетки, восприимчивые к инфекции патогеном, таким как вирус, например, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и т. д., а контрольным материалом являются клетки, устойчивые к инфекции патогеном. В другом варианте осуществления изобретения, пара образцов представлена недифференцированными клетками, например, стволовыми клетками, и дифференцированными клетками. Можно использовать в способах по изобретению клетки из дрожжей, растений и животных, таких как рыбы, птицы, пресмыкающиеся, амфибии и млекопитающие. В определенных вариантах осуществления можно использовать клетки млекопитающих, т.е., от мышей, кроликов, приматов или людей, или их культивированные производные.Examples of cell types that can be used in a particle to maintain adjacency may include, for example, cells isolated from tissue in a biopsy (for example, from tissue with a disease, such as cancer of the colon, breast, prostate, lung, skin, or pathogen-infected tissues, etc.) and normal cells from the same tissue, eg from the same patient; cells grown in tissue culture that are immortal (eg, cells with a proliferative mutation or immortalizing transgene), infected with a pathogen, or treated (eg, with environmental or chemical agents such as peptides, hormones, altered temperature, growth conditions, physical stress , cellular transformation, etc.) and normal cells (eg, cells that are identical to experimental cells, except that they are not immortalized, infected, or treated, etc.); cells isolated from a mammal with a cancer, a disease, an elderly mammal or a sick mammal, and cells from a mammal of the same species, for example, from the same family, but healthy or young; and differentiated cells and undifferentiated cells from the same mammal (eg, one cell is the progenitor of another in a mammal, for example). In one embodiment, cells of different types can be compared, eg, neuronal and non-neural cells, or cells of different status (eg, before and after stimulation on the cells). In another embodiment, the experimental material is cells susceptible to infection by a pathogen such as a virus, eg human immunodeficiency virus (HIV), etc., and the control material is cells resistant to infection by the pathogen. In another embodiment of the invention, a pair of samples is represented by undifferentiated cells, such as stem cells, and differentiated cells. Cells from yeast, plants and animals such as fish, birds, reptiles, amphibians and mammals can be used in the methods of the invention. In certain embodiments, mammalian cells, ie, from mice, rabbits, primates, or humans, or cultured derivatives thereof, can be used.

Способы получения частиц для поддержания смежностиMethods for obtaining particles to maintain adjacency

Некоторые варианты осуществления, предлагаемые в настоящем документе, относятся к способам инкапсуляции одиночной клетки внутри полимерной оболочки для формирования частицы для поддержания смежности. В некоторых вариантах осуществления получают образец, содержащий клетки, которые необходимо инкапсулировать внутри частицы для поддержания смежности. В некоторых вариантах осуществления клетки могут быть фиксированы с помощью фиксатора до инкапсуляции внутри частицы для поддержания смежности. Как применяют в этом документе, фиксатор, в основном, относится к веществу, которое может фиксировать клетки. Например, фиксированные клетки могут стабилизировать белковые комплексы, комплексы нуклеиновой кислоты или белок-нуклеиновые кислотные комплексы в клетке. Подходящие фиксаторы и кросслинкеры могут включать в себя фиксаторы на основе спирта или альдегида, формальдегид, глутаральдегид, фиксаторы на основе этанола, фиксаторы на основе метанола, ацетон, уксусную кислоту, тетраоксид осмия, дихромат калия, хромовую кислоту, перманганат калия, соединения ртути, пикраты, формалин, параформальдегид, амин-реактивные кросслинкеры на основе NHS-сложного эфира, такие как бис[сульфосукцинимидил] суберат (BS3), 3,3'-дитиобис[сульфосукцинимидилпропионат] (DTSSP), этиленгликоль бис[сульфосукцинимидилсукцинат] (сульфо-EGS), дивукцинимидил глутарат (DSG), дитиобис[сукцинимидил пропионат] (DSP), дисукцинимидил суберат (DSS), этиленгликоль бис[сукцинимидилсукцинат] (EGS), кросслинкеры на основе NHS-сложный эфир/диазирина, такие как NHS-диазирин, NHS-LC-диазирин, NHS-SS-диазирин, сульфо-NHS-диазирин, сульфо-NHS-LC-диазирин и сульфо-NHS-SS-диазирин. В некоторых вариантах осуществления фиксированная клетка сохраняет внутреннее состояние клетки, таким образом, предотвращая модификацию клетки во время инкапсуляции клетки внутрь частицы для поддержания смежности.Some embodiments provided herein relate to methods for encapsulating a single cell within a polymeric shell to form a particle to maintain contiguity. In some embodiments, a sample is obtained containing cells that need to be encapsulated within a particle to maintain contiguity. In some embodiments, cells may be fixed with a fixative prior to being encapsulated within a particle to maintain contiguity. As used herein, a fixative generally refers to a substance that can fix cells. For example, fixed cells can stabilize protein complexes, nucleic acid complexes, or protein-nucleic acid complexes in the cell. Suitable fixatives and crosslinkers may include alcohol- or aldehyde-based fixatives, formaldehyde, glutaraldehyde, ethanol-based fixatives, methanol-based fixatives, acetone, acetic acid, osmium tetroxide, potassium dichromate, chromic acid, potassium permanganate, mercury compounds, picrates , formalin, paraformaldehyde, amine-reactive NHS ester crosslinkers such as bis[sulfosuccinimidyl] suberate (BS3), 3,3'-dithiobis[sulfosuccinimidyl propionate] (DTSSP), ethylene glycol bis[sulfosuccinimidyl succinate] (sulfo-EGS) , divacinimidyl glutarate (DSG), dithiobis[succinimidyl propionate] (DSP), disuccinimidyl suberate (DSS), ethylene glycol bis[succinimidyl succinate] (EGS), NHS-ester/diazirin crosslinkers such as NHS-diazirin, NHS-LC -diazirin, NHS-SS-diazirin, sulfo-NHS-diazirin, sulfo-NHS-LC-diazirin and sulfo-NHS-SS-diazirin. In some embodiments, the fixed cell maintains the internal state of the cell, thus preventing modification of the cell during encapsulation of the cell within a particle to maintain contiguity.

В некоторых вариантах осуществления частицу для поддержания смежности получают статическими способами, такими как микропланшетные/микропанельные способы для одиночной клетки или способы микродиссекции, без необходимости использования микрофлюидного устройства. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности, описываеме в настоящем документе, можно получать способом, не требующим устройства. Не требующие устройства способы могут включать инициацию полимеризации на клеточной поверхности путем контакта клетки с полимером с образованием полимерной оболочки вокруг клетки. Инициирование полимеризации может происходить путем химической реакции активной группы на мономерных единицах с определенными группами мембранных белков, гликанов или других низкомолекулярных соединений. Начальная стадия полимеризации мономеров может сопровождаться одним или несколькими раундами осаждения мономерных единиц, вызванными электростатическими или гидрофобными силами. Некоторые из слоев мономеров могут содержать функциональные группы, такие как биотин или другие лиганды, которые можно использовать позже для специфического захвата инкапсулированнных клеток. Например, погруженные клетки могут содержать биотин, а покрытие погруженных клеток магнитными шариками стрептавидина сделает их магнитными, что позволит автоматизировать и упростить обработку, как показано на ФИГ. 4. Альтернативно, инкапсуляция живой или фиксированной клетки может быть инициирована светом или другими физическими или химическими средствами, когда инициаторные молекулы попадают на клеточную поверхность либо пассивной адсорбцией, либо целенаправленно, например, прикрепляются к антителу или другой молекуле для специфического связывания и способствуют локализованной полимерной амплификации, как показано на ФИГ. 5.In some embodiments, the adjacency particle is produced by static methods, such as single cell microplate/microarray methods or microdissection methods, without the need for a microfluidic device. Thus, in some embodiments, the adjacency particles described herein can be produced in a device-less manner. Device-free methods may include initiating polymerization at the cell surface by contacting the cell with a polymer to form a polymeric shell around the cell. Polymerization can be initiated by a chemical reaction of an active group on monomeric units with certain groups of membrane proteins, glycans, or other small molecular weight compounds. The initial stage of monomer polymerization may be followed by one or more rounds of precipitation of monomer units caused by electrostatic or hydrophobic forces. Some of the monomer layers may contain functional groups such as biotin or other ligands that can be used later to specifically capture the encapsulated cells. For example, submerged cells may contain biotin, and coating the submerged cells with streptavidin magnetic beads will make them magnetic, allowing for automated and simplified processing, as shown in FIG. 4. Alternatively, encapsulation of a living or fixed cell can be initiated by light or other physical or chemical means, where the initiator molecules are brought to the cell surface either by passive adsorption or in a targeted manner, such as attaching to an antibody or other molecule for specific binding and promoting localized polymeric amplification. as shown in FIG. 5.

Клетки для инкапсуляции в способе нацеленной поверхностно-инициированной полимеризации позволяют пользователю специально выбирать интересующие клетки и одновременно готовят клетки для последующих анализов, таким образом, комбинируя потоковую сортировку с анализами на одиночных клетках. Можно проводить обогащение определенных типов клеток, используя наборы для разделения клеток с использованием шариков с магнитными метками или связывающих молекул по заказу, специфичных для определенных клеточных мембранных белков, конъюгированных с поверхностью для обогащения.Cells for encapsulation in the targeted surface initiated polymerization method allow the user to specifically select cells of interest and simultaneously prepare cells for subsequent assays, thus combining stream sorting with single cell assays. It is possible to enrich certain cell types using cell separation kits using magnetically labeled beads or custom binding molecules specific to certain cell membrane proteins conjugated to the enrichment surface.

В некоторых вариантах осуществления частицу для поддержания смежности получают динамическими способами, такими как получение эмульсии при помощи вортексирования, получение капель микрофлюидным способом, или микрофлюидика на основе клапанов. Как применяют в настоящем документе, получение эмульсии при помощи вортексирования относится к вортексированию полимера гидрогеля с клеткой, включая фиксированную клетку, как описано в настоящем документе, в контейнере, таком как пробирка, флакон, или реакционный сосуд. Компоненты можно смешивать, например, путем ручного или механического вортексирования или встряхивания. В некоторых вариантах осуществления в результате ручного смешивания получают полые гранулы, которые инкапсулируют генетический материал с размером 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, или 200 мкм в диаметре, или или с размером в диапазоне, определяемом любыми двумя вышеуказанными величинами. В некоторых вариантах осуществления размер гранул является неоднородным, и, таким образом, размер гранул включает гранулы различных диаметров.In some embodiments, the adjacency particle is produced by dynamic methods, such as emulsion production by vortexing, microfluidic droplet production, or valve-based microfluidics. As used herein, emulsifying by vortexing refers to vortexing a hydrogel polymer with a cell, including a fixed cell, as described herein, in a container such as a test tube, vial, or reaction vessel. The components can be mixed, for example, by manual or mechanical vortexing or shaking. In some embodiments, manual mixing produces hollow beads that encapsulate genetic material in sizes of 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, or 200 microns in diameter, or or in a size range defined by any two of the above. In some embodiments, the size of the granules is non-uniform, and thus the granule size includes granules of different diameters.

В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности получают способами микрофлюидного потока. Микрофлюидный поток включает использование микрофлюидного устройства для вспомогательной генерации гель-эмульсии, как показано на ФИГ. 1. В некоторых вариантах осуществления микрофлюидное устройство включает микроканалы, настроенные для получения частицы для поддержания смежности желаемого размера и настроенные для инкапсуляции одной клетки на частицу для поддержания смежности. В некоторых вариантах осуществления микрофлюидное устройство имеет высоту 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 или 200 мкм, или высоту в диапазоне, определяемом любыми двумя из указанных выше значений. В некоторых вариантах осуществления микрофлюидное устройство включает один или несколько каналов. В некоторых вариантах осуществления микрофлюидное устройство включает канал для введения клетки, включая фиксированную клетку, которая была введена в полимер, канал для введения кросслинкера и канал для несмешивающейся жидкости. В некоторых вариантах осуществления ширина одного или нескольких каналов одинакова. В некоторых вариантах осуществления ширина одного или нескольких каналов различна. В некоторых вариантах осуществления ширина одного или нескольких каналов составляет 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145 или 150. мкм, или ширина находится в пределах диапазона, определенного любыми двумя из указанных выше значений. Ширина и высота канала не обязательно ограничены значениями, описанными в настоящем документе, и специалист в данной области понимает, что размер частицы для поддержания смежности будет частично зависеть от размера каналов микрофлюидного устройства. Таким образом, размер частицы для поддержания смежности может быть частично настроен путем изменения размера каналов. Помимо размера микрофлюидного устройства и ширины каналов, скорость потока каналов также может влиять на размер частицы для поддержания смежности, а также может влиять на количество клеток, инкапсулированных в каждой частице для поддержания смежности.In some embodiments, adjacency particles are produced by microfluidic flow methods. Microfluidic flow includes the use of a microfluidic device to assist in the generation of a gel emulsion, as shown in FIG. 1. In some embodiments, the microfluidic device includes microchannels configured to produce a contiguity particle of a desired size and configured to encapsulate one cell per contiguity particle. In some embodiments, the microfluidic device has a height of 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, or 200 µm, or a height in the range defined by any two of the above values. In some embodiments, the implementation of the microfluidic device includes one or more channels. In some embodiments, the microfluidic device includes a channel for introducing a cell, including a fixed cell that has been introduced into the polymer, a channel for introducing a crosslinker, and a channel for an immiscible liquid. In some embodiments, the width of one or more channels is the same. In some embodiments, the width of one or more channels is different. In some embodiments, the width of one or more channels is 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, or 150. µm, or the width is within the range defined by any two of the above values. The width and height of the channel are not necessarily limited to the values described herein, and one skilled in the art will appreciate that the size of the particle to maintain contiguity will depend in part on the size of the channels of the microfluidic device. Thus, the particle size for maintaining adjacency can be partially tuned by changing the size of the channels. In addition to the size of the microfluidic device and the width of the channels, the flow rate of the channels can also affect the particle size to maintain contiguity, and can also affect the number of cells encapsulated in each particle to maintain contiguity.

В некоторых вариантах осуществления скорость потока клетки в полимере, включая фиксированную клетку, смешанную с полимером, через микрофлюидный канал составляет 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, или 150 мкл/мин, или скорость в пределах диапазона, определенного любыми двумя из указанных выше значений. В некоторых вариантах осуществления скорость потока кросслинкера в микрофлюидном канале составляет 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, или 150 мкл/мин, или скорость в пределах диапазона, определенного любыми двумя из указанных выше значений. В некоторых вариантах осуществления скорость потока несмешивающейся жидкости в микрофлюидном канале равна 20, 30, 50, 80, 100, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 225, 250, 275, 300, 325, 350, 375 или 400 мкл/мин, или скорости в пределах диапазона, определенного любыми двумя из указанных выше значений. В некоторых вариантах осуществления клетки, смешанные с полимером, включая фиксированные клетки, смешанные с полимером, и кросслинкер контактируют друг с другом в микрофлюидном генераторе капель перед несмешивающейся жидкостью. Частицы для поддержания смежности начинают формироваться при контакте с кросслинкером, инкапсулируя клетки внутри полимерной оболочки. Формирующаяся частицы для поддержания смежности продолжают течь через микрофлюидный генератор капель в несмешивающуюся жидкость, такую как разделительное масло и/или масло для перекрестного сшивания, со скоростью потока, меньшей скорости потока несмешиваемой жидкости, таким образом, образуя капли. В некоторых вариантах осуществления несмешивающаяся жидкость вводится в два этапа, как показано на ФИГ. 1, включая как разделительное масло, так и масло для перекрестного сшивания. В некоторых вариантах осуществления разделительным маслом является минеральное масло, углеводородное масло, силиконовое масло, фторуглеродное масло или полидиметилсилоксановое масло или их смеси. Разделительное масло, как применяют в настоящем документе, используют, чтобы избежать перекрестного сшивания полимера в канале водно-масляной интерфазы.In some embodiments, the flow rate of a cell in a polymer, including a fixed cell mixed with a polymer, through a microfluidic channel is 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, or 150 µl/min, or a rate within the range defined by any two of the above values. In some embodiments, the crosslinker flow rate in the microfluidic channel is 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, or 150 µl/min , or a speed within the range defined by any two of the above values. In some embodiments, the flow rate of the immiscible liquid in the microfluidic channel is 20, 30, 50, 80, 100, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 225, 250, 275, 300, 325, 350, 375, or 400 μl /min, or speed within the range defined by any two of the above values. In some embodiments, polymer-mixed cells, including fixed polymer-mixed cells, and a crosslinker contact each other in a microfluidic droplet generator prior to immiscible liquid. The adjacency particles begin to form upon contact with the crosslinker, encapsulating the cells within the polymeric envelope. The forming adjacency particles continue to flow through the microfluidic droplet generator into the immiscible liquid, such as release oil and/or crosslinking oil, at a flow rate less than the flow rate of the immiscible liquid, thus forming droplets. In some embodiments, the implementation of the immiscible liquid is introduced in two stages, as shown in FIG. 1, including both release oil and crosslink oil. In some embodiments, the release oil is a mineral oil, a hydrocarbon oil, a silicone oil, a fluorocarbon oil, or a polydimethylsiloxane oil, or mixtures thereof. A release oil, as used herein, is used to avoid cross-linking of the polymer in the water-oil interphase channel.

В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности образуются мгновенно путем перекрестного сшивания при помощи кросслинкера мгновенного действия. Например, клетки, инкапсулированные при помощи полимеров, таких как ПЭГ-малеинимид с четырьмя плечами или эпоксид с использованием микрофлюидного генератора капель можно мгновенно перекресно сшивать с использованием кросслинкеров, растворимых в маслах, таких как минеральное масло или фторуглеродное масло, как HFE-7500, формируя масло для перекрестного сшивания. В некоторых вариантах осуществления масло для перекрестного сшивания включает толуол, ацетон, тетрагидрофуран с дитиолом, аминовые функциональные группы как в случае толуол-3,4-дитиола, 2,4 диаминотолуола, гександитиола, которые легко диффундируют в формирующиеся капли, таким образом, мгновенно сшивая частицы для поддержания смежности.In some embodiments, the adjacency particles are generated instantaneously by crosslinking with an instantaneous crosslinker. For example, cells encapsulated with polymers such as four-arm PEG maleimide or epoxy using a microfluidic droplet generator can be instantaneously cross-linked using oil-soluble crosslinkers such as mineral oil or fluorocarbon oil like HFE-7500, forming crosslinking oil. In some embodiments, the crosslinking oil comprises toluene, acetone, tetrahydrofuran with dithiol, amine functional groups as in the case of toluene-3,4-dithiol, 2,4 diaminotoluene, hexanedithiol, which readily diffuse into the droplets that form, thus instantly crosslinking particles to maintain adjacency.

В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности формулируют в равномерном распределении по размеру. В некоторых вариантах осуществления размеры частиц для поддержания смежности точно настраивают путем регулировки размера микрофлюидного устройства, размера одного или нескольких каналов или скорости потока через микрофлюидные каналы. В некоторых вариантах осуществления полученная частица для поддержания смежности имеет диаметр в диапазоне от 20 до 200 мкм, например, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, или 200 мкм, или диаметр в пределах диапазона, определенного любыми двумя из указанных выше значений.In some embodiments, the contiguity particles are formulated in a uniform size distribution. In some embodiments, adjacency particle sizes are fine-tuned by adjusting the size of the microfluidic device, the size of one or more channels, or the flow rate through the microfluidic channels. In some embodiments, the resulting adjacency particle has a diameter in the range of 20 to 200 microns, such as 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 , 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, or 200 µm, or a diameter within the range defined by any two of the above values.

В некоторых вариантах осуществления размер и однородность частиц для поддержания смежности можно дополнительно контролировать путем контакта полимеров гидрогеля до образования частиц с модификатором текучести, например, со спиртом, включая изопропиловый спирт. В отсутствие изопропилового спирта, частицы для поддержания смежности имеют больший диаметр, чем частицы для поддержания смежности, сформированные в присутствии изопропилового спирта. Изопропиловый спирт влияет на текучесть полимеров гидрогеля, позволяя регулировать размер частиц для поддержания смежности.In some embodiments, particle size and uniformity to maintain contiguity can be further controlled by contacting hydrogel polymers to form particles with a flow modifier, such as alcohol, including isopropyl alcohol. In the absence of isopropyl alcohol, the adjacency particles have a larger diameter than the adjacency particles formed in the presence of isopropyl alcohol. Isopropyl alcohol affects the fluidity of hydrogel polymers, allowing particle size to be controlled to maintain contiguity.

Как будет понятно специалистам в данной области, микрофлюидное устройство, изображенное на ФИГ. 1, является примером трехканального микрофлюидного устройства, но микрофлюидное устройство может быть модифицировано, изменено или иметь вариации для создания частиц для поддержания смежности определенного размера или для создания частиц для поддержания смежности, сформированных из различных гидрогелевых материалов или кросслинкеров.As will be appreciated by those skilled in the art, the microfluidic device depicted in FIG. 1 is an example of a three-channel microfluidic device, but the microfluidic device can be modified, altered or varied to create adjacency particles of a certain size or to create adjacency particles formed from various hydrogel materials or crosslinkers.

В некоторых вариантах осуществления частица для поддержания смежности, приготовленная или путем эмульсии при помощи вортексирования или эмульсии при помощи микрофлюидного инерциального потока, инкапсулирует одиночную клетку, включая одиночную фиксированную клетку, как описано в настоящем документе. В некоторых вариантах осуществления можно контролировать количество клеток в частице для поддержания смежности путем разбавления или концентрирования раствора, содержащего клетку во введенном образце. Образец, включающий клетку смешивают с полимерами гидрогеля, и полимеры гидрогеля, содержащие клетки, поступают в эмульсию при помощи вортексирования или эмульсию при помощи микрофлюидного инерциального потока, как описано в настоящем документе.In some embodiments, the adjacency particle, prepared either by vortex emulsion or microfluidic inertial flow emulsion, encapsulates a single cell, including a single fixed cell, as described herein. In some embodiments, the number of cells in the particle can be controlled to maintain contiguity by diluting or concentrating the solution containing the cell in the injected sample. The cell-containing sample is mixed with hydrogel polymers, and the cell-containing hydrogel polymers are emulsified by vortexing or emulsified by microfluidic inertial flow, as described herein.

В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности функционализируют при помощи нуклеотида. В некоторых вариантах осуществления нуклеотид представляет собой олигонуклеотид или поли T нуклеотид. В некоторых вариантах осуществления нуклеотид связан с частицами для поддержания смежности, и функционализированные частицы для поддержания смежности можно использовать для нацеленного захвата интересующего нуклеотида.In some embodiments, the particles are functionalized with a nucleotide to maintain contiguity. In some embodiments, the implementation of the nucleotide is an oligonucleotide or poly T nucleotide. In some embodiments, the implementation of the nucleotide is associated with particles to maintain contiguity, and functionalized particles to maintain the contiguity can be used to target capture of the nucleotide of interest.

В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности, инкапсулирующие одиночную клетку, обрабатывают для поддержания проведения множественных совместных анализов на одиночной частице для поддержания смежности, включая несколько промывок буфером, несколько смен реагентов, и несколько анализов на основании выполняемого анализа. Формулированные частицы для поддержания смежности, приготовленные любым из способов, описываемых в настоящем документе, включая способы поверхностно-инициируемой полимеризации, вортексирование, или микрофлюидные способы, можно загружать или высаживать на структурированную проточную ячейку, микропанель, планшет с лунками, травленную поверхность, микрофлюидный канал, гранулу, колонку, или другую поверхность для проведения множественных совместных анализов на инкапсулированной клетке.In some embodiments, adjacency particles encapsulating a single cell are processed to support multiple collaborative assays on a single adjacency particle, including multiple washes with buffer, multiple reagent changes, and multiple assays based on the assay being performed. Formulated adjacency particles prepared by any of the methods described herein, including surface initiated polymerization methods, vortexing, or microfluidic methods, can be loaded or deposited on a structured flow cell, microarray, well plate, etched surface, microfluidic channel, bead, column, or other surface for conducting multiple collaborative assays on the encapsulated cell.

Способы проведения множественных совместных анализов на клетках, инкапсулированных внутри частиц для поддержания смежностиMethods for performing multiple collaborative assays on cells encapsulated within particles to maintain contiguity

Некоторые варианты осуществления, предлагаемые в настоящем документе, относятся к способам проведения множественных последовательных совместных анализов на одиночной клетке, инкапсулированной внутри частицы для поддержания смежности. В некоторых вариантах осуществления способ включает получение частицы для поддержания смежности, как описано в настоящем документе, и последовательный контакт одиночной клетки, инкапсулированной внутри частицы для поддержания смежности, с реагентами для проведения нескольких последовательных совместных анализов.Some embodiments provided herein relate to methods for conducting multiple sequential collaborative assays on a single cell encapsulated within a particle to maintain contiguity. In some embodiments, the method includes preparing a coexistence particle as described herein and sequentially contacting a single cell encapsulated within the contiguity particle with reagents to perform multiple sequential collaborative assays.

В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности получают, как описано в настоящем документе, и частицы для поддержания смежности загружают на поверхность, такую как устройство с проточными ячейками, лунка планшета, предметное стекло, или структурированная поверхность. В некоторых вариантах осуществления поверхность представляет собой устройство с проточными ячейками, и включает вкладыш с микролунками или микростолбиками в устройстве для распределения частиц для поддержания смежности для пространственного индексирования в устройстве с проточными ячейками. В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности загружают на планшет с лунками по одной частице для поддержания смежности в каждую лунку. Планшет с лунками может включать, например, 12-луночный планшет, 24-луночный планшет, 48-луночный планшет, 96-луночный планшет, 384-луночный планшет, 1536-луночный планшет, 3456-луночный планшет, или 9600-луночный планшет, или планшет с любым числом лунок в планшете, с одиночной частицей для поддержания смежности, и, таким образом, одиночной клеткой, размещенной в каждой лунке. В некоторых вариантах осуществления частицы для поддержания смежности делают проницаемыми при помощи агента для повышения проницаемости. В некоторых вариантах осуществления агент для повышения проницаемости включает в себя мягкий детергент, такой как TritonX-100. В некоторых вариантах осуществления агента для повышения проницаемости повышает проницаемость мембраны клетки внутри частицы для поддержания смежности для повышения доступности клеточных нуклеиновых кислот, таких как геномная ДНК и РНК. В некоторых вариантах осуществления the планшет с лунками с одиночной частицей для поддержания смежности, размещенной в каждой лунке, подвергаюь множеству последовательных совместных анализов, включая, например, промывание буфером, лизис, анализ ДНК, анализ РНК, анализ белков, тагментацию, амплификацию нуклеиновых кислот, секвенирование нуклеиновых кислот, получение библиотеки ДНК, анализ для оценки хроматина, доступного для транспозазы, с использованием секвенирования (ATAC-seq), транспозицию, сохраняющую смежность (CPT-seq), комбинаторное индексированное секвенирование одиночной клетки (SCI-seq), или амплификацию генома одиночной клетки, или любое их сочетание, проводимое последовательно.In some embodiments, the adjacency particles are prepared as described herein and the adjacency particles are loaded onto a surface, such as a flow cell device, plate well, glass slide, or structured surface. In some embodiments, the surface is a flow cell device and includes an insert with microwells or micropillars in the particle distribution device to maintain adjacency for spatial indexing in the flow cell device. In some embodiments, the adjacency particles are loaded onto the well plate, one adjacency particle per well. The well plate may include, for example, a 12-well plate, a 24-well plate, a 48-well plate, a 96-well plate, a 384-well plate, a 1536-well plate, a 3456-well plate, or a 9600-well plate, or plate with any number of wells in the plate, with a single particle to maintain contiguity, and thus a single cell placed in each well. In some embodiments, the adjacency particles are made permeable with a permeability agent. In some embodiments, the penetration agent includes a mild detergent such as TritonX-100. In some embodiments, the permeation agent increases the permeability of the cell membrane within the particle to maintain contiguity to increase the availability of cellular nucleic acids such as genomic DNA and RNA. In some embodiments, the well plate with a single adjacency particle placed in each well is subjected to a plurality of sequential collaborative assays, including, for example, buffer washing, lysis, DNA analysis, RNA analysis, protein analysis, tagging, nucleic acid amplification, nucleic acid sequencing, DNA library preparation, transposase-accessible chromatin analysis using sequencing (ATAC-seq), contiguity-preserving transposition (CPT-seq), combinatorial indexed single cell sequencing (SCI-seq), or genome amplification single cell, or any combination of them, carried out sequentially.

В некоторых вариантах осуществления частицу для поддержания смежности, инкапсулирующую клетку или вирусную частицу, обрабатывают для очистки и выделения нуклеиновых кислот из клетки. Таким образом, например, частица для поддержания смежности контактирует с лизирующим буфером. Как применяют в настоящем документе, «лизис» означает нарушение или изменение клеточной стенки или вирусной частицы, облегчающее доступ к клеточной РНК или ДНК или высвобождение клеточной РНК или ДНК. Ни полное разрушение, ни разрушение клеточной стенки не является обязательным требованием для лизиса. Под термином «лизирующий буфер» понимают буфер, который содержит, по меньшей мере, один лизирующий агент. Типичные ферментативные лизирующие агенты в качестве неограничивающих примеров включают лизоцим, глюколазу, зимолозу, литиказу, протеиназу К, протеиназу Е и вирусные эндолизины и экзолизины. Таким образом, например, лизис клеток в частицах для поддержания смежности можно проводить путем введения лизирующих агентов, таких как лизоцим и протеиназа K, в частицы для поддержания смежности. Теперь гДНК из клеток содержится в частицах для поддержания смежности. В некоторых случаях после лизирующей обработки выделенная нуклеиновая кислота остается в пределах частицы для поддержания смежности и может использоваться для дальнейшей обработки.In some embodiments, the adjacency particle, the encapsulating cell or virus particle, is processed to purify and isolate nucleic acids from the cell. Thus, for example, the adjacency particle is contacted with a lysis buffer. As used herein, "lysis" means disruption or alteration of a cell wall or viral particle to facilitate access to, or release of, cellular RNA or DNA. Neither complete destruction nor destruction of the cell wall is a requirement for lysis. The term "lysing buffer" means a buffer that contains at least one lysing agent. Typical enzymatic lysing agents include, but are not limited to, lysozyme, glucolase, zymolose, lyticase, proteinase K, proteinase E, and viral endolysins and exolysins. Thus, for example, lysis of cells in contiguity particles can be carried out by introducing lysing agents such as lysozyme and proteinase K into contiguity particles. The gDNA from the cells is now contained within the particles to maintain contiguity. In some cases, after lysis treatment, the isolated nucleic acid remains within the particle to maintain contiguity and can be used for further processing.

«Анализ ДНК» относится к любому способу, используемому для амплификации, секвенирования или иного анализа ДНК, содержащейся в инкапсулированной клетке. Амплификация ДНК может быть выполнена с использованием методов ПЦР или пиросеквенирования. Анализ ДНК может также включать не нацеленные, не основанные на ПЦР методы секвенирования ДНК (например, метагеномику). В качестве неограничивающего примера, анализ ДНК может включать в себя секвенирование гипервариабельной области 16S рДНК (рибосомной ДНК) и использование секвенирования для идентификации видов по ДНК."DNA analysis" refers to any method used to amplify, sequence or otherwise analyze the DNA contained in an encapsulated cell. DNA amplification can be performed using PCR or pyrosequencing methods. DNA analysis may also include non-targeted, non-PCR based DNA sequencing techniques (eg metagenomics). As a non-limiting example, DNA analysis may include sequencing the 16S rDNA hypervariable region (ribosomal DNA) and using the sequencing to identify species from the DNA.

«Анализ РНК» относится к любому способу, используемому для амплификации, секвенирования или иного анализа РНК, содержащейся в инкапсулированной клетке. Для амплификации и секвенирования РНК можно использовать те же способы, которые использовали для анализа ДНК. РНК, которая менее стабильна, чем ДНК, является прочтением ДНК в ответ на раздражители. Таким образом, анализ РНК может дать более точную картину метаболически активных членов сообщества и может использоваться для предоставления информации о функции сообщества организмов в образце. «Секвенирование нуклеиновых кислот» относится к использованию секвенирования для определения порядка нуклеотидов в последовательности молекулы нуклеиновой кислоты, такой как ДНК или РНК."RNA analysis" refers to any method used to amplify, sequence or otherwise analyze the RNA contained in an encapsulated cell. For amplification and sequencing of RNA, you can use the same methods that were used for DNA analysis. RNA, which is less stable than DNA, is the reading of DNA in response to stimuli. Thus, RNA analysis can provide a more accurate picture of the metabolically active members of a community and can be used to provide information about the function of a community of organisms in a sample. "Nucleic acid sequencing" refers to the use of sequencing to determine the order of nucleotides in the sequence of a nucleic acid molecule, such as DNA or RNA.

Как применяют в настоящем документе термин «секвенирование», относится к способу, которым устанавливают идентичность, по меньшей мере, 10 последовательных нуклеотидов (например, идентичность, по меньшей мере, 20, по меньшей мере, 50, по меньшей мере, 100 или, по меньшей мере, 200 или более последовательных нуклеотидов) в полинуклеотиде.As used herein, the term "sequencing" refers to a method that establishes the identity of at least 10 consecutive nucleotides (for example, an identity of at least 20, at least 50, at least 100, or, at least 200 or more consecutive nucleotides) in a polynucleotide.

Термины «секвенирование следующего поколения» или «высокопроизводительное секвенирование» или «NGS», в основном, относятся к технологиям высокопроизводительного секвенирования, включая в качестве неограничивающих примеров, массивно-параллельное опознавательное секвенирование, высокопроизводительное секвенирование, секвенирование посредством лигирования (например, секвенирование SOLiD), протон-ионное полупроводниковое секвенирование, секвенирование ДНК на наносферах, секвенирование одночных молекул, и секвенирование с использованием нанопоры и могут относиться к распараллеленным платформам секвенирования посредством синтеза или секвенирования посредством лигирования, которые в настоящее время используются Illumina, Life Technologies, или Roche, и т.д. Способы секвенирования следующего поколения также могут включать способы секвенирования с использованием нанопоры или способы на основе электронной детекции, такие как технология Ion Torrent, запущенная в серийное производство у Life Technologies или способ для одиночных молекул на основе флуоресценции, запущенный в серийное производство у Pacific Biosciences.The terms "next-generation sequencing" or "high-throughput sequencing" or "NGS" generally refer to high-throughput sequencing technologies, including, but not limited to, massively parallel recognition sequencing, high-throughput sequencing, ligation-assisted sequencing (e.g., SOLiD sequencing), proton ion semiconductor sequencing, nanosphere DNA sequencing, single molecule sequencing, and nanopore sequencing and can refer to parallelized sequencing by synthesis or sequencing by ligation platforms currently used by Illumina, Life Technologies, or Roche, etc. d. Next generation sequencing methods can also include nanopore sequencing methods or electronic detection based methods such as the Ion Torrent technology commercialized by Life Technologies or the fluorescence based single molecule method commercialized by Pacific Biosciences.

«Анализ белков» относится к изучению белков в инкапсулированной клетке, и может включать протеомный анализ, определение посттрансляционной модификации белков, представляющих интерес, определение уровней экспрессии белка, или определение взаимодействия белка с другими молекулами, в том числе с другими белками или с нуклеиновыми кислотами."Protein analysis" refers to the study of proteins in an encapsulated cell, and may include proteomic analysis, determination of post-translational modification of proteins of interest, determination of protein expression levels, or determination of the protein's interaction with other molecules, including other proteins or nucleic acids.

Как применяют в настоящем документе, термин «тагментация» относится к модификации ДНК с помощью транспозомного комплекса, включающего фермент транспозазу в комплексе с адаптерами, включающими последовательность конца транспозона. Тагментация приводит к одновременной фрагментации ДНК и лигированию адаптеров к 5'-концам обеих нитей дуплексных фрагментов. После этапа очистки для удаления фермента транспозазы, к концам адаптированных фрагментов можно добавлять дополнительные последовательности, например, с помощью ПЦР, лигирования или любого другого подходящего способа, известного специалистам в данной области.As used herein, the term "tagmentation" refers to the modification of DNA by a transposome complex comprising a transposase enzyme in complex with adapters comprising a transposon terminus sequence. Tagging leads to simultaneous fragmentation of DNA and ligation of adapters to the 5' ends of both strands of duplex fragments. Following a purification step to remove the transposase enzyme, additional sequences may be added to the ends of the adapted fragments, for example by PCR, ligation, or any other suitable method known to those skilled in the art.

Анализ для оценки хроматина, доступного для транспозазы, с использованием секвенирования (ATAC-seq) относится к быстрому и чувствительному способу интегративного эпигеномного анализа. ATAC-seq захватывает участки открытого хроматина и выявляет взаимодействие между геномной локализацией открытого хроматина, ДНК-связывающими белками, отдельными нуклеосомами и уплотнением высшего порядка в регуляторных областях с разрешением на уровне нуклеотидов. Были обнаружены классы связывающего ДНК фактора, которые строго избегают нуклеосом, могут допускать присутствие нуклеосом или имеют тенденцию перекрываться с нуклеосомами. С использованием ATAC-seq измеряли и оценивали серийные суточные эпигеномы покоящихся Т-клеток человека у пробанда при помощи стандартных анализов крови, демонстрируя возможность считывания личных эпигеномов в клинических временных рамках для мониторинга состояния здоровья и заболевания. Более конкретно, ATAC-последовательность можно проводить, обрабатывая хроматин из одной инкапсулированнной клетки в частицах для поддержания смежности комплексом инсерционных ферментов с получением меченых фрагментов геномной ДНК. На этом этапе хроматин тагментируют (например, фрагментируют и метят в одной и той же реакции) с использованием инсерционного фермента, такого как Tn5 или MuA, который расщепляет геномную ДНК в открытых областях в хроматине и добавляет адаптеры к обоим концам фрагментов.The assay for evaluating transposase-accessible chromatin using sequencing (ATAC-seq) refers to a fast and sensitive integrative epigenomic analysis method. ATAC-seq captures regions of open chromatin and reveals the interaction between genomic localization of open chromatin, DNA-binding proteins, single nucleosomes, and higher-order compaction in regulatory regions with nucleotide-level resolution. Classes of DNA binding factor have been found that strictly avoid nucleosomes, may allow the presence of nucleosomes, or tend to overlap with nucleosomes. Using ATAC-seq, serial daily epigenomes of resting human T cells in the proband were measured and evaluated using standard blood tests, demonstrating the ability to read personal epigenomes in clinical time frames for health and disease monitoring. More specifically, the ATAC sequence can be performed by treating chromatin from a single encapsulated cell in particles to maintain contiguity with an insertion enzyme complex to produce labeled genomic DNA fragments. In this step, the chromatin is tagged (eg, fragmented and labeled in the same reaction) using an insertion enzyme such as Tn5 or MuA, which cleaves the genomic DNA in open areas in the chromatin and adds adapters to both ends of the fragments.

В некоторых случаях условия могут быть скорректированы для получения желаемого уровня вставки в хроматин (например, вставка, которая происходит в среднем каждые 50-200 пар оснований в открытых областях). Хроматин, используемый в способе, может быть получен любым подходящим способом. В некоторых вариантах осуществления ядра могут быть выделены, лизированы, а хроматин может быть дополнительно очищен, например, от ядерной оболочки. В других вариантах осуществления хроматин может быть выделен путем контакта выделенных ядер с реакционным буфером. В этих вариантах осуществления выделенные ядра можно лизировать, когда они контактируют с реакционным буфером (включающим инсерционные ферментные комплексы и другие необходимые реагенты), который позволяет инсерционным ферментным комплексам получить доступ к хроматину. В этих вариантах осуществления способ может включать выделение ядер из популяции клеток и объединение выделенных ядер с транспозазой и адаптерами, где объединение приводит как к лизису ядер с выделением указанного хроматина, так и к образованию фрагментов геномной ДНК, меченных адаптером. Хроматин не требует перекрестного связывания, как в других способах (например, способах ChIP-SEQ).In some cases, conditions can be adjusted to obtain the desired level of insertion into the chromatin (eg, an insertion that occurs on average every 50-200 base pairs in open areas). The chromatin used in the method may be obtained by any suitable method. In some embodiments, nuclei can be isolated, lysed, and chromatin can be further purified, such as from the nuclear envelope. In other embodiments, chromatin can be isolated by contacting the isolated nuclei with reaction buffer. In these embodiments, isolated nuclei can be lysed when they are contacted with a reaction buffer (including insertion enzyme complexes and other necessary reagents) that allows the insertion enzyme complexes to access chromatin. In these embodiments, the method may include isolating nuclei from a population of cells and combining the isolated nuclei with transposase and adapters, where the combination results in both lysis of the nuclei to release said chromatin and generation of adapter-tagged genomic DNA fragments. Chromatin does not require crosslinking as in other methods (eg ChIP-SEQ methods).

После того, как хроматин был фрагментирован и помечен для получения меченых фрагментов геномной ДНК, по меньшей мере, некоторые из фрагментов, меченых адаптерами, секвенируют для создания множества последовательных считываний. Фрагменты могут быть секвенированы любым подходящим способом. Например, фрагменты могут быть секвенированы с использованием способа с обратимым терминированием от Illumina, способа пиросеквенирования от Roche (454), секвенирования путем лигирования от Life Technologies (платформа SOLiD) или платформы Ion Torrent от Life Technologies. Примеры таких способов описаны в следующих ссылках: Margulies et al. (Nature 2005 437: 376-80); Ronaghi et al. (Analytical Biochemistry 1996 242: 84-9); Shendure et al. (Science 2005 309: 1728-32); Imelfort et al. (Brief Bioinform. 2009 10:609-18); Fox et al. (Methods Mol Biol. 2009;553:79-108); Appleby et al. (Methods Mol Biol. 2009; 513:19-39) и Morozova et al. (Genomics. 2008 92:255-64), которые включены в качестве ссылки в настоящий документ для общего описания способов и конкретных этапов способов, включая все исходные продукты, способы для получения библиотеки, реагенты и конечные продукты для каждого из этапов. Как будет очевидно, сайты праймеров для прямого и обратного секвенирования, которые совместимы с выбранной платформой для секвенирования следующего поколения, можно добавлять к концам фрагментов на этапе амплификации. В определенных вариантах осуществления фрагменты могут быть амплифицированы с использованием праймеров для ПЦР, которые гибридизуются с метками, которые были добавлены к фрагментам, где праймеры, используемые для ПЦР, имеют 5'-хвосты, которые совместимы с конкретной платформой для секвенирования. Способы проведения ATAC-seq изложены в заявке PCT № PCT/US2014/038825, которая полностью включена в настоящий документ в качестве ссылки.After the chromatin has been fragmented and labeled to produce labeled genomic DNA fragments, at least some of the adapter labeled fragments are sequenced to create multiple consecutive reads. The fragments may be sequenced in any suitable manner. For example, fragments can be sequenced using the reversible termination method from Illumina, the pyrosequencing method from Roche (454), ligation sequencing from Life Technologies (SOLiD platform), or the Ion Torrent platform from Life Technologies. Examples of such methods are described in the following references: Margulies et al. (Nature 2005 437: 376-80); Ronaghi et al. (Analytical Biochemistry 1996 242: 84-9); Shendure et al. (Science 2005 309: 1728-32); Imelfort et al. (Brief Bioinform. 2009 10:609-18); Fox et al. (Methods Mol Biol. 2009;553:79-108); Appleby et al. (Methods Mol Biol. 2009; 513:19-39) and Morozova et al. (Genomics. 2008 92:255-64), which are incorporated by reference herein for a general description of the methods and specific steps of the methods, including all starting materials, library preparation methods, reagents, and end products for each of the steps. As will be appreciated, forward and reverse sequencing primer sites that are compatible with the chosen next generation sequencing platform can be added to the ends of the fragments during the amplification step. In certain embodiments, fragments can be amplified using PCR primers that hybridize to labels that have been added to the fragments, where the PCR primers have 5'-tails that are compatible with a particular sequencing platform. Methods for conducting ATAC-seq are set forth in PCT Application No. PCT/US2014/038825, which is incorporated herein by reference in its entirety.

Как применяют в настоящем документе термин «хроматин», относится к комплексу молекул, включая белки и полинуклеотиды (например, ДНК, РНК), которые находятся в ядре эукариотической клетки. Хроматин состоит частично из гистоновых белков, которые образуют нуклеосомы, геномной ДНК и других ДНК-связывающих белков (например, факторов транскрипции), которые, в основном, связаны с геномной ДНК.As used herein, the term "chromatin" refers to a complex of molecules, including proteins and polynucleotides (eg, DNA, RNA), that are found in the nucleus of a eukaryotic cell. Chromatin is composed in part of histone proteins that form nucleosomes, genomic DNA, and other DNA-binding proteins (eg, transcription factors) that are primarily associated with genomic DNA.

Секвенирование на основе транспозиции, сохраняющей смежность (CPT-seq) относится к способу секвенирования с одновременным сохранением информации о смежности путем использования транспозазы для поддержания ассоциации матричной нуклеиновой кислоты с фрагментами, смежными с целевой нуклеиновой кислотой. Например, CPT можно проводить на нуклеиновой кислоте, такой как ДНК или РНК. СРТ-нуклеиновая кислота может быть захвачена путем гибридизации с комплементарными олигонуклеотидами, имеющих уникальные индексы или штрих-коды и иммобилизованных на твердой подложке. В некоторых вариантах осуществления олигонуклеотид, иммобилизованный на твердой подложке, может дополнительно содержать участки связывания праймера, уникальные молекулярные индексы, помимо штрих-кодов. Преимуществов в том, что такое использование транспозом для поддержания физической близости фрагментированных нуклеиновых кислот увеличивает вероятность того, что фрагментированные нуклеиновые кислоты из того же самой исходной молекулы, например, хромосомы, получат тот же уникальный штрих-код и информацию индекса от олигонуклеотидов, иммобилизованных на твердой подложке. Это приведет к смежно-связанной секвенирующей библиотеке с уникальными штрих-кодами. Смежно-связанная секвенирующая библиотека может быть секвенирована для получения информации о смежных последовательностях. Частицы для поддержания смежности, описываемые в настоящем документе, могут быть приведены в контакт с реагентами CPT-seq для выполнения CPT-seq на нуклеиновых кислотах, извлеченных из инкапсулированной клетки.Contiguity-preserving transposition-based sequencing (CPT-seq) refers to a sequencing method while maintaining contiguity information by using a transposase to maintain association of a template nucleic acid with fragments adjacent to a target nucleic acid. For example, CPT can be performed on nucleic acid such as DNA or RNA. The CPT nucleic acid can be captured by hybridization with complementary oligonucleotides having unique indices or barcodes and immobilized on a solid support. In some embodiments, the oligonucleotide immobilized on a solid support may further comprise primer binding sites, unique molecular indices, in addition to barcodes. Advantageously, this use of transposomes to maintain the physical proximity of fragmented nucleic acids increases the likelihood that fragmented nucleic acids from the same parent molecule, such as a chromosome, will receive the same unique barcode and index information from oligonucleotides immobilized on a solid substrate. This will result in an adjacent-linked sequencing library with unique barcodes. An adjacent-linked sequencing library can be sequenced to obtain information about adjacent sequences. The adjacency particles described herein can be contacted with CPT-seq reagents to perform CPT-seq on nucleic acids extracted from an encapsulated cell.

Как применяют в настоящем документе термин «информация о смежности» относится к пространственной взаимосвязи между двумя или более фрагментами ДНК, основанной на общей информации. Этот общий аспект информации может относиться к смежным, блочным и удаленным пространственным взаимосвязям. Информация об этих взаимосвязях в свою очередь облегчает иерархическую сборку или картирование последовательностей ридов, полученных из фрагментов ДНК. Эта информация о смежности повышает эффективность и точность такой сборки или картирования, потому что традиционные способы сборки или картирования, используемые в связи с общепринятным секвенированием способом дробовика, не учитывают относительное геномное происхождение или координаты индивидуальных последовательностей ридов, поскольку они относятся к пространственным взаимосвязям между двумя или более фрагментами ДНК, из которых была получена индивидуальная последовательность ридов.As used herein, the term "adjacency information" refers to a spatial relationship between two or more DNA fragments based on common information. This general aspect of information can refer to adjacent, block, and remote spatial relationships. Information about these relationships, in turn, facilitates the hierarchical assembly or mapping of read sequences derived from DNA fragments. This adjacency information improves the efficiency and accuracy of such assembly or mapping because the traditional assembly or mapping methods used in connection with conventional shotgun sequencing do not take into account the relative genomic origin or coordinates of individual read sequences as they refer to spatial relationships between two or more DNA fragments from which an individual read sequence was obtained.

Таким образом, в соответствии с вариантами осуществления, описываемыми в настоящем документе, способы получения информации о смежности могут быть реализованы с помощью способов смежности малой дальности для определения смежных пространственных связей, способов смежности средней дальности для определения блочных пространственных связей или способов смежности большой дальности для определения удаленных пространственных связей. Эти способы повышают точность и качество сборки или картирования последовательности ДНК, и их можно использовать с любым способом секвенирования, описанным в настоящем документе.Thus, in accordance with the embodiments described herein, methods for obtaining adjacency information may be implemented using short range adjacency methods to determine adjacent spatial relationships, medium range adjacency methods to determine block spatial relationships, or long range adjacency methods to determine remote spatial links. These methods improve the accuracy and quality of DNA sequence assembly or mapping, and can be used with any of the sequencing methods described herein.

Информация о смежности включает относительное исходное геномное положение или координаты последовательностей отдельных ридов, поскольку они относятся к пространственным связям между двумя или более фрагментами ДНК, из которых были получены последовательности отдельных ридов. В некоторых вариантах осуществления информация о смежности включает информацию о последовательности из неперекрывающихся последовательностей ридов.Adjacency information includes the relative original genomic position or sequence coordinates of individual reads, as they refer to the spatial relationships between two or more DNA fragments from which the individual read sequences were derived. In some embodiments, the adjacency information includes sequence information from non-overlapping read sequences.

В некоторых вариантах осуществления информация о смежности для целевой последовательности нуклеиновой кислоты указывает на информацию о гаплотипе. В некоторых вариантах осуществления информация о смежности для целевой последовательности нуклеиновой кислоты указывает на геномные варианты.In some embodiments, the adjacency information for the target nucleic acid sequence indicates haplotype information. In some embodiments, the adjacency information for the target nucleic acid sequence indicates genomic variants.

Комбинаторное индексированное секвенирование одиночной клетки (SCI-seq) представляет собой способ секвенирования с одновременным одновременно созданием низкочастотных библиотек из одиночной клетки для выявления соматических вариантов числа копий.Combinatorial indexed single cell sequencing (SCI-seq) is a sequencing technique that simultaneously generates low frequency single cell libraries to detect somatic copy number variants.

Таким образом, на одиночной клетке можно проводить множество совместных анализов с целью анализа клетки или нуклеиновых кислот из клетки, включая анализы, описываемые в настоящем документе, по отдельности или в комбинации с любым другим анализом.Thus, many collaborative assays can be performed on a single cell to analyze the cell or nucleic acids from the cell, including the assays described herein alone or in combination with any other assay.

Индексированные частицы для поддержания смежности можно также напрямую загружать в проточные ячейки, которые удерживаются устройством из держателей/микролунок. Индексированные библиотеки высвобождаются из частиц для поддержания смежности (химическое/температурное высвобождение) и связываются с проточной ячейкой. Это позволяет использовать мощный подход к индексированию, когда первичный уровень индексации приходит из пространственного местоположения, а затем следующий уровень приходит из индексированных библиотек из одной частицы для поддержания смежности. Альтернативно, индексированные библиотеки, выделенные из частиц для поддержания смежности можно совместно загружать на проточную ячейку.Indexed adjacency particles can also be directly loaded into flow cells that are held by a holder/microwell device. The indexed libraries are released from the particles to maintain contiguity (chemical/thermal release) and are associated with the flow cell. This allows for a powerful approach to indexing where the primary level of indexing comes from a spatial location and then the next level comes from single-particle indexed libraries to maintain contiguity. Alternatively, particle-derived indexed libraries to maintain contiguity can be co-loaded onto the flow cell.

В некоторых вариантах осуществления клетка, инкапсулированная в частице для поддержания смежности, контактирует с одним или несколькими реагентами для обработки нуклеиновых кислот. В некоторых вариантах осуществления клетка удерживается в частице для поддержания смежности, и реагенты способны проходить через поры частицы для поддержания смежности. В некоторых вариантах осуществления реагенты могут включать лизирующие вещества, вещества для очистки нуклеиновых кислот, вещества для амплификации ДНК, вещества для тагментации, вещества для ПЦР, или другие вещества, которые используют для обработки генетических материалов. Таким образом, частица для поддержания смежности обеспечивает микроокружение для контролируемых реакций клеток, включая нуклеиновые кислоты, выделяемые из, внутри частицы для поддержания смежности за счет обеспечения барьера из полимерной оболочки, который реагенты могут пересекать внутрь и наружу, с одновременным удержанием клетки внутри частицы для поддержания смежности. В некоторых вариантах осуществления поры полимерной оболочка изменяют, чтобы обеспечить поток реагентов и также поток нуклеиновых кислот, таких как ДНК и РНК, выделенные из клетки, через полимерную оболочку.In some embodiments, the cell encapsulated in the adjacency particle is contacted with one or more nucleic acid processing reagents. In some embodiments, the cell is held within the particle to maintain contiguity, and reactants are able to pass through the pores of the particle to maintain contiguity. In some embodiments, the reagents may include lysing agents, nucleic acid purification agents, DNA amplifying agents, tagging agents, PCR agents, or other agents that are used to process genetic materials. Thus, the adjacency particle provides a microenvironment for controlled cell reactions, including nucleic acids released from, within the adjacency particle by providing a polymer shell barrier that reactants can traverse in and out while retaining the cell within the particle to maintain adjacency. adjacency. In some embodiments, the pores of the polymeric shell are altered to allow the flow of reactants and also the flow of nucleic acids, such as DNA and RNA, isolated from the cell, through the polymeric shell.

В некоторых вариантах осуществления получение полной ДНК-библиотеки можно беспрепятственно осуществлять внутри частицы для поддержания смежности с помощью нескольких смен реагентов, проходящих через пористый гидрогель, сохраняя при этом геномную ДНК и продукты в виде ее библиотеки в полимерной оболочке. Гидрогель может быть устойчивым к высокой температуре до 95°С в течение нескольких часов для поддержания различных биохимических реакций.In some embodiments, the preparation of a complete DNA library can be seamlessly performed within the particle to maintain contiguity with multiple reagent changes passing through the porous hydrogel while maintaining the genomic DNA and its products as a polymer-encased library. The hydrogel can be resistant to high temperatures up to 95°C for several hours to support various biochemical reactions.

Как применяют в настоящем документе, термины «выделенный», «выделять», «выделение», «очищенный», «очищать», «очистка» и их грамматические эквиваленты, как применяют в настоящем документе, если не указано иначе, относятся к снижению количества, по меньшей мере, одного загрязнителя (такого как белок и/или последовательность нуклеиновой кислоты) из образца или из источника (например, клетка), из которого выделяют материал. Таким образом очистка приводит к «обогащению», например, увеличению количества желаемого белка и/или последовательности нуклеиновой кислоты в образце.As used herein, the terms "isolated", "isolated", "isolation", "purified", "purified", "purification" and their grammatical equivalents as used herein, unless otherwise indicated, refer to the reduction of at least one contaminant (such as a protein and/or nucleic acid sequence) from the sample or source (eg, a cell) from which the material is isolated. Purification thus results in "enrichment", eg, an increase in the amount of the desired protein and/or nucleic acid sequence in the sample.

После лизиса и выделения нуклеиновых кислот можно проводить амплификацию, такую как амплификация со множественным замещением (MDA), которая широко используется для амплификации небольших количеств ДНК, особенно из отдельных клеток. В некоторых вариантах осуществления инкапсулированные нуклеиновые кислоты амплифицируют, секвенируют кислоту, или используют для получения библиотек нуклеиновых кислот. Термины «амплифицировать» или «амплифицированный» при использовании по отношению к нуклеиновой кислоте или реакции с нуклеиновой кислотой относятся к способам получения копий определенной нуклеиновой кислоты in vitro, такой как целевая нуклеиновая кислота или нуклеиновая кислота, инкапсулированная в частице для поддержания смежности, например, при помощи варианта осуществления настоящего изобретения. В данной области известны многочисленные способы амплификации нуклеиновых кислот, и реакции амплификации включают в себя полимеразные цепные реакции, лигазные цепные реакции, реакции амплификации с замещением цепей, реакции амплификации по типу катящегося кольца, циклы амплификации с многократным отжигом и образованием петли (MALBAC), способы амплификации, опосредованной транскрипцией, такие как NASBA, способы амплификации, опосредованной петлей (например, амплификация «LAMP» с использованием последовательностей, образующих петли). Нуклеиновая кислота, которую амплифицируют, может представлять собой ДНК, содержащую, включающую ДНК или РНК или состоящую из ДНК или РНК, или смесь ДНК и РНК, включая модифицированную ДНК и/или РНК. Продукты, полученные в результате амплификации молекулы или молекул нуклеиновой кислоты (например, «продукты амплификации»), независимо от того, является ли исходная нуклеиновая кислота ДНК, РНК или обеими, могут быть либо ДНК, либо РНК, либо смесью нуклеозидов или нуклеотидов как ДНК, так и РНК, или они могут включать нуклеозиды или нуклеотиды модифицированной ДНК или РНК. «Копия» не обязательно означает совершенную комплементарность или идентичность последовательности с целевой последовательностью. Например, копии могут включать нуклеотидные аналоги, такие как дезоксиинозин или дезоксиуридин, преднамеренные изменения последовательности (такие как изменения последовательности, введенные посредством праймера, содержащего последовательность, которая гибридизуется, но не является комплементарной, с целевой последовательностью, и/или ошибки последовательности, возникающие во время амплификации.After lysis and isolation of nucleic acids, amplification can be carried out, such as multiple displacement amplification (MDA), which is widely used to amplify small amounts of DNA, especially from single cells. In some embodiments, the encapsulated nucleic acids are amplified, acid sequenced, or used to generate nucleic acid libraries. The terms "amplify" or "amplified" when used in relation to a nucleic acid or reaction with a nucleic acid refer to methods for making copies of a particular nucleic acid in vitro , such as a target nucleic acid or a nucleic acid encapsulated in a particle to maintain contiguity, for example, by using an embodiment of the present invention. Numerous methods for amplifying nucleic acids are known in the art, and amplification reactions include polymerase chain reactions, ligase chain reactions, strand displacement amplification reactions, rolling ring amplification reactions, multiple anneal looped amplification cycles (MALBAC), methods transcription-mediated amplification such as NASBA, loop-mediated amplification methods (eg, "LAMP" amplification using loop-forming sequences). The nucleic acid to be amplified can be DNA containing, including DNA or RNA, or consisting of DNA or RNA, or a mixture of DNA and RNA, including modified DNA and/or RNA. Products resulting from the amplification of a nucleic acid molecule or molecules (e.g., "amplification products"), whether the parent nucleic acid is DNA, RNA, or both, can be either DNA or RNA, or a mixture of nucleosides or nucleotides like DNA , and RNA, or they may include nucleosides or nucleotides of modified DNA or RNA. "Copy" does not necessarily mean perfect complementarity or sequence identity with the target sequence. For example, copies may include nucleotide analogs such as deoxyinosine or deoxyuridine, intentional sequence changes (such as sequence changes introduced by a primer containing a sequence that hybridizes but is not complementary to the target sequence, and/or sequence errors that occur during amplification time.

Инкапсулированные нуклеиновые кислоты, которые изолированы внутри частицы для поддержания смежности, можно амплифицировать в соотвествии с любым подходящим способом амплификации, известным в данной области. В некоторых вариантах осуществления инкапсулированные нуклеиновые кислоты амплифицируют внутри частицы для поддержания смежности. В некоторых вариантах осуществления частица для поддержания смежности захвачена на твердую подложку и разрушена, при этом инкапсулированные нуклеиновые кислоты высвобождаются на твердую подложку, и нуклеиновые кислоты амплифицируют на твердой подложке.Encapsulated nucleic acids that are isolated within a particle to maintain contiguity can be amplified according to any suitable amplification method known in the art. In some embodiments, the encapsulated nucleic acids are amplified within the particle to maintain contiguity. In some embodiments, the adjacency particle is captured onto a solid support and destroyed, whereby the encapsulated nucleic acids are released onto the solid support and the nucleic acids are amplified on the solid support.

В некоторых вариантах осуществления инкапсулированные нуклеиновые кислоты амплифицируют внутри частицы для поддержания смежности. Например, в некоторых вариантах осуществления праймеры и ферменты для амплификации проходят через поры частицы для поддержания смежности и гибридизуются с инкапсулированными нуклеиновыми кислотами.In some embodiments, the encapsulated nucleic acids are amplified within the particle to maintain contiguity. For example, in some embodiments, the primers and amplification enzymes pass through the pores of the particle to maintain contiguity and hybridize to the encapsulated nucleic acids.

Следует понимать, что любой из способов амплификации, описанных в настоящем документе или, как правило, известный в данной области, может быть использован с универсальными или целевыми специфическими праймерами для амплификации инкапсулированных нуклеиновых кислот. Подходящие способы амплификации в качестве неограничивающих примеров включают в себя полимеразную цепную реакцию (ПЦР), амплификацию с замещением цепей (SDA), амплификацию, опосредованную транскрипцией (TMA) с транскрипцией и амплификацию на основе последовательности нуклеиновой кислоты (NASBA), как описано в патенте США № 8003354, включенном в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме. Вышеуказанные способы амплификации могут быть использованы для амплификации одной или нескольких нуклеиновых кислот, представляющих интерес. Например, можно использовать ПЦР, включая мультиплексную ПЦР, SDA, TMA, NASBA и т.п. для амплификации инкапсулированных нуклеиновых кислот. В некоторых вариантах осуществления в реакцию амплификации включены праймеры, направленные конкретно на интересующую нуклеиновую кислоту.It should be understood that any of the amplification methods described herein or generally known in the art can be used with universal or target specific primers to amplify encapsulated nucleic acids. Suitable amplification methods include, but are not limited to, polymerase chain reaction (PCR), strand displacement amplification (SDA), transcription-mediated amplification (TMA) with transcription, and nucleic acid sequence-based amplification (NASBA) as described in US Pat. No. 8003354 incorporated herein by reference in its entirety. The above amplification methods can be used to amplify one or more nucleic acids of interest. For example, PCR can be used, including multiplex PCR, SDA, TMA, NASBA, and the like. for amplification of encapsulated nucleic acids. In some embodiments, primers directed specifically to the nucleic acid of interest are included in the amplification reaction.

Другие подходящие способы амплификации нуклеиновых кислот могут включать удлинение и лигирование олигонуклеотидов, амплификацию по типу «катящегося кольца» (RCA) (Lizardi et al., Nat. Genet. 19: 225-232 (1998), включенный в настоящий документ в качестве ссылок) и технологии анализа олигонуклеотидного лигирования (OLA) (См. в основном патенты США №№ 7582420, 5185243, 5679524 и 5573907; EP 0 320 308 B1; EP 0 336 731 B1; EP 0 439 182 B1; WO 90/01069; WO 89/12696 и WO 89/09835, все включены в качестве ссылки). Следует понимать, что эти способы амплификации могут быть разработаны для амплификации инкапсулированных нуклеиновых кислот. Например, в некоторых вариантах осуществления способ амплификации может включать реакции амплификации с лигированными зондами или лигированными олигонуклеотидами (OLA), которые могут содержать праймеры, направленные конкретно на интересующую нуклеиновую кислоту. В некоторых вариантах осуществления способ амплификации может включать реакцию удлинения-лигирования праймеров, которая содержит праймеры, направленные конкретно на интересующую нуклеиновую кислоту и способные проходить через поры гидрогеля. В качестве неограничивающего примера праймеров для реакции удлинения и лигирования праймеров, которые могут быть специально разработаны для амплификации интересующей нуклеиновой кислоты, амплификация может включать праймеры, используемые для анализа GoldenGate (Illumina, Inc., Сан-Диего, Калифорния), на примере патентов США №№ 7582420 и 7611869, каждый из которых включен в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме. В каждом из описанных способов реагенты и компоненты, участвующие в реакции нуклеиновой кислоты, способны проходить через поры частицы для поддержания смежности, сохраняя при этом саму нуклеиновую кислоту в пределах частицы для поддержания смежности.Other suitable nucleic acid amplification methods may include oligonucleotide extension and ligation, rolling ring amplification (RCA) (Lizardi et al., Nat. Genet. 19: 225-232 (1998), incorporated herein by reference) and oligonucleotide ligation assay (OLA) technology (See generally US Pat. /12696 and WO 89/09835, all incorporated by reference). It should be understood that these amplification methods may be designed to amplify encapsulated nucleic acids. For example, in some embodiments, the amplification method may include amplification reactions with ligated probes or ligated oligonucleotides (OLAs), which may contain primers directed specifically at the nucleic acid of interest. In some embodiments, the amplification method may include a primer extension-ligation reaction that contains primers that specifically target the nucleic acid of interest and are capable of passing through the pores of the hydrogel. As a non-limiting example of primers for reaction extension and ligation of primers that can be specifically designed to amplify the nucleic acid of interest, the amplification can include primers used for the GoldenGate assay (Illumina, Inc., San Diego, Calif.), as exemplified by US Patent Nos. Nos. 7582420 and 7611869, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. In each of the methods described, the reagents and components involved in the reaction of the nucleic acid are able to pass through the pores of the particle to maintain contiguity, while maintaining the nucleic acid itself within the particle to maintain contiguity.

В некоторых вариантах осуществления инкапсулированные нуклеиновые кислоты амплифицируют с использованием способов кластерной амплификации, раскрытых в патентах США №№ 7985565 и 7115400, содержание каждого из которых включено в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме. Во включенных материалах патентов США №№ 7985565 и 7115400 описаны способы амплификации нуклеиновой кислоты, которые позволяют амплифицировать продукты амплификации на твердой подложке для формирования массивов, состоящих из кластеров или «колоний» иммобилизованных нуклеиновых кислот. Каждый кластер или колония на таком массиве образован из множества идентичных иммобилизованных цепей полинуклеотида и множества идентичных иммобилизованных комплементарных цепей полинуклеотида. Сформированные массивы, в основном, именуются в настоящем документе как «кластерные массивы». Продукты реакций твердофазной амплификации, также как и те, которые описаны в патенте США №№ 7985565 и 7115400, представляют собой так называемые «мостиковые» структуры, образованные отжигом пар иммобилизованных полинуклеотидных цепей и иммобилизованных комплементарных цепей, причем обе цепочки иммобилизованы на твердой подложке 5'-концом, предпочтительно через ковалентное присоединение. Способы кластерной амплификации являются примерами способов, где матрицу иммобилизованной нуклеиновой кислоты применяют для получения иммобилизованных ампликонов. Также можно использовать другие подходящие способы для получения иммобилизованных ампликонов из иммобилизованных фрагментов ДНК, полученных в соответствии со способами, приведенными в настоящем документе. Например, один или несколько кластеров или колоний могут быть сформированы посредством твердофазной ПЦР, где иммобилизован один или оба праймера каждой пары амплификационных праймеров. В некоторых вариантах осуществления инкапсулированные нуклеиновые кислоты амплифицируют в пределах частицы для поддержания смежности, а затем осаждают на планшет или на твердой подложке в кластер.In some embodiments, encapsulated nucleic acids are amplified using the cluster amplification methods disclosed in US Pat. Included materials in US Pat. Nos. 7,985,565 and 7,115,400 describe nucleic acid amplification methods that allow amplification of amplification products on a solid support to form arrays of clusters or "colonies" of immobilized nucleic acids. Each cluster or colony on such an array is formed from a plurality of identical immobilized polynucleotide strands and a plurality of identical immobilized complementary polynucleotide strands. The generated arrays are generally referred to herein as "cluster arrays". The products of solid phase amplification reactions, like those described in US Pat. -terminus, preferably via covalent attachment. Cluster amplification methods are examples of methods where an immobilized nucleic acid template is used to generate immobilized amplicons. You can also use other suitable methods to obtain immobilized amplicons from immobilized DNA fragments obtained in accordance with the methods described herein. For example, one or more clusters or colonies can be formed by solid phase PCR where one or both primers of each amplification primer pair are immobilized. In some embodiments, the encapsulated nucleic acids are amplified within a particle to maintain contiguity and then deposited onto a plate or solid support in a cluster.

Дополнительные способы амплификации включают изотермическую амплификацию. Типичные способы изотермической амплификации, которые можно использовать в качестве неограничивающих примеров, включают в себя амплификацию множественного замещения (MDA), например, Dean et al., Proc. Natl. Акад. Sci. США 99: 5261-66 (2002) или изотермическую амплификацию с замещением цепи нуклеиновой кислоты, например, в патенте США № 6214587, каждый из которых включен в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме. Другие не основанные на ПЦР способы, которые можно использовать в настоящем изобретении, включают, например, амплификацию с замещением цепей (SDA), которая описана, например, Walker et al., Molecular Methods for Virus Detection, Academic Press, Inc., 1995; патенты США №№ 5455166 и 5130238, и Walker et al., Nucl. Acids Res. 20: 1691-96 (1992) или амплификацию с замещением гиперразветвленной цепи, описанную, например, в Lage et al., Genom Research 13: 294-307 (2003), каждая из которых включена в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме. Способы изотермической амплификации можно использовать с вытесняющей цепь полимеразой Phi 29 или большим фрагментом Bst ДНК-полимеразы Bst, 5′->3 ′ экзо- для амплификации геномной ДНК со случайным праймером. Использование эти полимеразы дает пееимущество из-за их высокой процессивности высокую технологичность и активности по вытеснению цепей. Высокая процессивность позволяет синтезировать фрагменты размером 10-20 т.п.н. в длину.Additional amplification methods include isothermal amplification. Typical isothermal amplification methods that can be used as non-limiting examples include multiple displacement amplification (MDA), for example, Dean et al., Proc. Natl. Acad. sci. US 99: 5261-66 (2002) or isothermal amplification with displacement of the nucleic acid strand, for example, in US patent No. 6214587, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. Other non-PCR based methods that can be used in the present invention include, for example, strand displacement amplification (SDA) as described in, for example, Walker et al., Molecular Methods for Virus Detection, Academic Press, Inc., 1995; U.S. Patent Nos. 5,455,166 and 5,130,238, and Walker et al., Nucl. Acids Res. 20: 1691-96 (1992) or hyperbranched chain displacement amplification as described, for example, in Lage et al., Genom Research 13: 294-307 (2003), each of which is incorporated herein by reference in its entirety. Isothermal amplification methods can be used with the Phi 29 strand displacement polymerase or the large Bst fragment of Bst DNA polymerase, 5'->3' exo to amplify genomic DNA with a random primer. The use of these polymerases offers the advantage of high processability and strand displacement activity due to their high processivity. High processivity makes it possible to synthesize fragments of 10–20 kb in size. in length.

Как указано выше, более мелкие фрагменты можно получать в изотермических условиях с использованием полимеразы, обладающей низкой процессивностью и активностью по вытеснению цепей, такой как полимераза Кленова. Дополнительное описание реакций амплификации, условий и компонентов подробно изложено в раскрытии патента США № 7670810, включенного в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме В некоторых вариантах осуществления полимеразы, реагенты, и компоненты необходимые для проведения этих реакций амплификации способны проходить через поры частиц для поддержания смежности для взаимодействия с инкапсулированными нуклеиновыми кислотами, таким образом, амплифицируя нуклеиновые кислоты в пределах частиц для поддержания смежности. В некоторых вариантах осуществления случайные гексамеры отжигаются на денатурированной ДНК с последующим синтезом замещения цепей при постоянной температуре в присутствии катализирующего фермента, Phi 29. Это приводит к амплификации ДНК в частицах для поддержания смежности, что подтверждается увеличением интенсивности флуоресценции (ДНК окрашивали с помощью SYTOX) после MDA. Независимо, могут также быть проведены основанная на Nextera тагментация после лизиса и очистки и последующая амплификация геномной ДНК с помощью ПЦР, как указывает значительное увеличение интенсивности флуоресценции в частицах для поддержания смежности после тагментации Nextera и ПЦР. После этого получения библиотеки Nextera частицы для поддержания смежности можно нагревать до 80°C в течение 3 минут, чтобы высвободить содержимое частиц для поддержания смежности, а именно, продуктов, содержащих готовую для секвенирования библиотеку, из клетки.As mentioned above, smaller fragments can be prepared under isothermal conditions using a polymerase having low processivity and strand displacement activity, such as Klenow polymerase. Additional descriptions of amplification reactions, conditions, and components are detailed in the disclosure of U.S. Patent No. 7,670,810 incorporated herein by reference in its entirety. contiguity to interact with encapsulated nucleic acids, thus amplifying nucleic acids within particles to maintain contiguity. In some embodiments, random hexamers are annealed to denatured DNA followed by strand substitution synthesis at constant temperature in the presence of the catalyzing enzyme, Phi 29. This results in amplification of the DNA in the particles to maintain contiguity, as evidenced by an increase in fluorescence intensity (DNA stained with SYTOX) after MDA. Independently, Nextera-based tagging after lysis and purification and subsequent amplification of genomic DNA by PCR can also be performed, as indicated by a significant increase in fluorescence intensity in the particles to maintain contiguity after Nextera tagging and PCR. After this preparation of the Nextera library, the adjacency particles can be heated to 80° C. for 3 minutes to release the contents of the adjacency particles, namely the products containing the sequencing-ready library, from the cell.

Другой способ амплификации нуклеиновых кислот, который подходит для настоящего изобретения, представляет собой меченую ПЦР, которая использует популяцию двухдоменных праймеров, имеющих постоянную 5-область, за которой следует случайная 3'-область, как показано, например, в Grothues et al. Nucleic Acids Res. 21 (5): 1321-2 (1993), включенной в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме. Первые раунды амплификации проводят для обеспечения множества точек инициации на ДНК, денатурированной при помощи высокой температуры, на основании индивидуальной гибридизации из случайно синтезированной 3'-области. Из-за природы 3'-области сайты инициации считаются случайными на всем протяжении генома. После этого несвязанные праймеры могут быть удалены, и дальнейшая репликация может осуществляться с использованием праймеров, комплементарных константной 5'-области.Another method for amplifying nucleic acids that is suitable for the present invention is labeled PCR, which uses a population of two-domain primers having a constant 5 region followed by a random 3' region, as shown, for example, in Grothues et al. Nucleic Acids Res. 21 (5): 1321-2 (1993), incorporated herein by reference in its entirety. The first rounds of amplification are carried out to provide multiple initiation points on heat denatured DNA based on individual hybridization from a randomly synthesized 3' region. Due to the nature of the 3' region, initiation sites are considered random throughout the genome. After that, unbound primers can be removed and further replication can be done using primers complementary to the 5' constant region.

В некоторых вариантах осуществления инкапсулированные нуклеиновые кислоты секвенировую полностью или частично в пределах частиц для поддержания смежности. Инкапсулированные нуклеиновые кислоты можно секвенировать в соответствии с любым подходящим способом секвенирования, таким как прямое секвенирование, включая секвенирование путем синтеза, секвенирование путем лигирования, секвенирование путем гибридизации, секвенирование с использованием нанопоры и т.п.In some embodiments, the encapsulated nucleic acids are sequenced wholly or partially within particles to maintain contiguity. The encapsulated nucleic acids can be sequenced according to any suitable sequencing method such as direct sequencing, including sequencing by synthesis, sequencing by ligation, sequencing by hybridization, nanopore sequencing, and the like.

Одним из из способов секвенирования является секвенирование путем синтеза (SBS). При SBS отслеживают удлинение праймера нуклеиновой кислоты вдоль матрицы нуклеиновой кислоты (например, целевой нуклеиновой кислоты или ее ампликона) для определения последовательности нуклеотидов в матрице. Основным химическим процессом может быть полимеризация (например, катализируемая полимеразным ферментом). В конкретном варианте осуществления SBS на основе полимеразы, флуоресцентно меченные нуклеотиды добавляют к праймеру (таким образом, удлиняя праймер) зависимым от матрицы образом, таким образом, что обнаружение порядка и типа нуклеотидов, добавленных к праймеру, можно использовать для определения последовательности матрицы.One of the sequencing methods is sequencing by synthesis (SBS). In SBS, nucleic acid primer extension is monitored along the nucleic acid template (eg, the target nucleic acid or its amplicon) to determine the nucleotide sequence in the template. The main chemical process may be polymerization (eg, catalyzed by a polymerase enzyme). In a specific embodiment of polymerase-based SBS, fluorescently labeled nucleotides are added to the primer (thereby extending the primer) in a template-dependent manner such that detection of the order and type of nucleotides added to the primer can be used to determine the sequence of the template.

Одну или несколько амплифицированных инкапсулированных нуклеиновых кислот можно подвергать SBS или другом способу детекции, который включает повторную доставку реагентов в циклах. Например, чтобы инициировать первый цикл SBS, один или несколько меченых нуклеотидов, ДНК-полимераза и т. д. могут быть направлены в/через частицу для поддержания смежности, в которой находится одна или несколько амплифицированных нуклеиновых кислот. Можно детектировать те сайты, где удлинение праймера вызывает включение меченого нуклеотида. Необязательно, нуклеотиды могут дополнительно включать свойство обратимого терминирования, которое прекращает дальнейшее удилинение праймера, как только нуклеотид был добавлен к праймеру. Например, к праймеру можно добавлять нуклеотидный аналог с группой обратимого терминирования, таким образом, что последующее удлинение не может произойти, пока не будет доставлен деблокирующий агент для удаления группы. Таким образом, для вариантов осуществления, которые используют обратимое терминирование, можно доставлять деблокирующий реагент в проточную ячейку (до или после детекции). Между различными этапами доставки можно проводить отмывки. Затем цикл можно повторить n раз, чтобы удлинить праймер с помощью n нуклеотидов, таким образом, обнаруживая последовательность длиной n. Примеры способов SBS, жидкостных систем и платформы для детекции, которые могут быть легко адаптированы для использования с ампликонами, полученными способами по настоящему изобретению, описаны, например, в Bentley et al., Nature 456: 53-59 (2008), WO 04/018497; патент США № 7057026; WO 91/06678; WO 07/123744; патент США № 7329492; патент США № 7211414; патент США № 7315019; патент США № 7405281 и US 2008/0108082, каждый из которых включен в настоящий документ в качестве ссылки.One or more amplified encapsulated nucleic acids can be subjected to SBS or other detection method that includes repeated delivery of reagents in cycles. For example, to initiate the first round of SBS, one or more labeled nucleotides, DNA polymerase, etc. can be directed into/through the contiguity-maintaining particle containing one or more amplified nucleic acids. It is possible to detect those sites where primer extension causes incorporation of the labeled nucleotide. Optionally, the nucleotides may further include a reversible termination property that stops further extension of the primer once the nucleotide has been added to the primer. For example, a nucleotide analog with a reversible termination group can be added to the primer such that subsequent extension cannot occur until a deblocking agent is delivered to remove the group. Thus, for embodiments that use reversible termination, it is possible to deliver a deblocking reagent to the flow cell (before or after detection). Washes can be carried out between different stages of delivery. The cycle can then be repeated n times to extend the primer by n nucleotides, thus finding a sequence of length n. Examples of SBS methods, fluid systems and detection platforms that can be easily adapted for use with amplicons produced by the methods of the present invention are described, for example, in Bentley et al., Nature 456: 53-59 (2008), WO 04/ 018497; US patent No. 7057026; W091/06678; WO 07/123744; US patent No. 7329492; US patent No. 7211414; US patent No. 7315019; US patent No. 7405281 and US 2008/0108082, each of which is incorporated herein by reference.

Можно использовать другие способы секвенирования, которые используют циклические реакции, такие как пиросеквенирование. Пиросеквенирование обнаруживает высвобождение неорганического пирофосфата (PPi), когда определенные нуклеотиды включаются в образующуюся цепь нуклеиновой кислоты (Ronaghi, et al., Analytical Biochemistry 242 (1), 84-9 (1996); Ronaghi, Genom Res. 11 (1) ), 3-11 (2001); Ronaghi и др. Science 281 (5375), 363 (1998); патент США № 6210891; патент США № 6258568 и патент США № 6274320, каждый из которых включен в настоящий документ в качестве ссылок). При пиросеквенировании высвобождаемый PPi может быть обнаружен путем немедленного превращения в аденозин трифосфат (АТФ) с помощью сульфурилазы АТФ, а уровень генерируемого АТФ может быть обнаружен с помощью фотонов, производимых люциферазой. Таким образом, реакция секвенирования может контролироваться с помощью системы детекции люминесценции. Источники возбуждения излучения, используемые для систем детекции на основе флуоресценции, не нужны для способов пиросеквенирования. Подходящие жидкостные системы, детекторы и способы, которые могут быть адаптированы для применения пиросеквенирования к ампликонам, произведенным по настоящему изобретению, описаны, например, в патентной заявке WIPO с серийным номером PCT/US11/57111, US 2005/0191698 A1, патенте США № 7595883 и патенте США № 7244559, каждый из которых включен в настоящий документ в качестве ссылки.You can use other sequencing methods that use cyclic reactions, such as pyrosequencing. Pyrosequencing detects the release of inorganic pyrophosphate (PPi) when certain nucleotides are incorporated into the resulting nucleic acid strand (Ronaghi, et al., Analytical Biochemistry 242(1), 84-9 (1996); Ronaghi, Genom Res. 11(1)), 3-11 (2001); Ronaghi et al. Science 281 (5375), 363 (1998); US patent No. 6210891; US Pat. No. 6,258,568 and US Pat. No. 6,274,320, each of which is incorporated herein by reference). In pyrosequencing, released PPi can be detected by immediate conversion to adenosine triphosphate (ATP) by ATP sulfurylase, and the level of ATP generated can be detected by photons produced by luciferase. Thus, the sequencing reaction can be monitored using a luminescence detection system. Excitation sources used for fluorescence-based detection systems are not needed for pyrosequencing methods. Suitable fluid systems, detectors and methods that can be adapted to apply pyrosequencing to amplicons produced according to the present invention are described, for example, in WIPO patent application serial number PCT/US11/57111, US 2005/0191698 A1, US patent No. 7595883 and US Pat. No. 7,244,559, each of which is incorporated herein by reference.

В некоторых вариантах осуществления могут использоваться способы, включающие мониторинг активности ДНК-полимеразы в режиме реального времени. Например, включения нуклеотидов могут быть обнаружены через взаимодействия резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET) между флуорофорсодержащей формулой и меченными γ-фосфатом нуклеотидами или с волноводами с нулевой модой (ZMW). Способы и реагенты для секвенирования на основе FRET описаны, например, в Levene et al. Science 299, 682-686 (2003); Lundquist et al. Opt. Lett. 33, 1026-1028 (2008); Korlach et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 1176-1181 (2008), описания которых включены в настоящий документ в качестве ссылок.In some embodiments, methods may be used that include real-time monitoring of DNA polymerase activity. For example, nucleotide inclusions can be detected through fluorescence resonance energy transfer (FRET) interactions between a fluorophore-containing formula and γ-phosphate labeled nucleotides or with zero mode waveguides (ZMW). Methods and reagents for FRET-based sequencing are described, for example, in Levene et al. Science 299, 682-686 (2003); Lundquist et al. Opt. Lett. 33, 1026-1028 (2008); Korlach et al. Proc. Natl. Acad. sci. USA 105, 1176-1181 (2008), the descriptions of which are incorporated herein by reference.

Некоторые варианты осуествления SBS включают обнаружение протона, высвобождаемого при включении нуклеотида в продукт удлинения. Например, секвенирование, основанное на обнаружении высвобождаемых протонов, может использовать электрический детектор и связанные с ним способы, которые являются коммерчески доступными. Примерами таких секвенирующих систем являются пиросеквенирование (например, коммерчески доступная платформа от 454 Life Sciences, дочерней компании Roche), секвенирование с использованием γ-фосфат-меченных нуклеотидов (например, коммерчески доступная платформа от Pacific Biosciences) и секвенирование с использованием обнаружения протонов (например, коммерчески доступная платформа от Ion Torrent, дочерней компании Life Technologies) или способы и системы секвенирования, описанные в US 2009/0026082 A1; US 2009/0127589 A1; US 2010/0137143 A1; или US 2010/0282617 A1, каждый из которых включен в настоящий документ в качестве ссылки. Способы, изложенные в настоящем документе для амплификации целевых нуклеиновых кислот с использованием кинетического исключения, могут быть легко применены к субстратам, используемым для обнаружения протонов. Более конкретно, способы, изложенные в настоящем документе, можно использовать для получения клональных популяций ампликонов, которые применяют для обнаружения протонов.Some embodiments of SBS involve detecting the proton released when the nucleotide is incorporated into the extension product. For example, sequencing based on the detection of released protons may use an electrical detector and related methods that are commercially available. Examples of such sequencing systems are pyrosequencing (for example, a commercially available platform from 454 Life Sciences, a subsidiary of Roche), sequencing using γ-phosphate-labeled nucleotides (for example, a commercially available platform from Pacific Biosciences), and sequencing using proton detection (for example, a commercially available platform from Ion Torrent, a subsidiary of Life Technologies) or the sequencing methods and systems described in US 2009/0026082 A1; US 2009/0127589 A1; US 2010/0137143A1; or US 2010/0282617 A1, each of which is incorporated herein by reference. The methods described herein for amplifying target nucleic acids using kinetic exclusion can be readily applied to substrates used for proton detection. More specifically, the methods described herein can be used to generate clonal populations of amplicons that are used to detect protons.

Другой способ секвенирования представляет собой секвенирование на основе нанопоры (см., например, Deamer et al. Trends Biotechnol. 18, 147-151 (2000); Deamer et al. Acc. Chem. Res. 35:817-825 (2002); Li et al. Nat. Mater. 2:611-615 (2003), описания которых включены в настоящий документ в качестве ссылок). В некоторых вариантах осуществления на основе нанопор, целевая нуклеиновая кислота или отдельные нуклеотиды, удаленные из целевой нуклеиновой кислоты, проходят через нанопоры. Когда нуклеиновая кислота или нуклеотид проходит через нанопоры, каждый тип нуклеотидов может быть идентифицирован путем измерения колебаний электропроводности поры. (патент США № 7001792; Soni et al. Clin. Chem. 53, 1996-2001 (2007); Healy, Nanomed. 2, 459-481 (2007); Cockroft et al. J. Am. Chem. Soc. 130, 818-820 (2008), описания которых включены в настоящий документ в качестве ссылки).Another sequencing method is nanopore-based sequencing (see, for example, Deamer et al. Trends Biotechnol. 18, 147-151 (2000); Deamer et al. Acc. Chem. Res. 35:817-825 (2002); Li et al Nat Mater 2:611-615 (2003, the descriptions of which are incorporated herein by reference). In some nanopore-based embodiments, the target nucleic acid or individual nucleotides removed from the target nucleic acid pass through the nanopores. When a nucleic acid or nucleotide passes through the nanopore, each type of nucleotide can be identified by measuring the fluctuations in the electrical conductivity of the pore. (U.S. Patent No. 7001792; Soni et al. Clin. Chem. 53, 1996-2001 (2007); Healy, Nanomed. 2, 459-481 (2007); Cockroft et al. J. Am. Chem. Soc. 130, 818-820 (2008), the descriptions of which are incorporated herein by reference).

Примерные способы массивного анализа для экспрессии и генотипирования, которые могут быть применены для детекции в соответствии с настоящим изобретением, описаны в патенте США № 7582420; 6890741; 6913884 или 6355431 или патентной публикации США № 2005/0053980 А1; 2009/0186349 А1 или США 2005/0181440 А1, каждый из которых включен в настоящий документ в качестве ссылки.Exemplary methods of massive analysis for expression and genotyping, which can be used for detection in accordance with the present invention, are described in US patent No. 7582420; 6890741; 6,913,884 or 6,355,431 or US Patent Publication No. 2005/0053980 A1; 2009/0186349 A1 or US 2005/0181440 A1, each of which is incorporated herein by reference.

В способах выделения нуклеиновых кислот, амплификации и секвенирования, как указано в данном документе, применяют различные реагенты для выделения и получения нуклеиновых кислот. Такие реагенты могут включать, например, лизоцим, протеиназу K, случайные гексамеры, полимеразу (например, Φ29 ДНК-полимеразу, Taq-полимеразу, Bsu-полимеразу), транспозазу (например, Tn5), праймеры (например, адаптерные последовательности P5 и P7), лигазу, катализирующий фермент, дезоксинуклеотид трифосфаты, буферы или двухвалентные катионы. Эти реагенты проходят через поры частиц для для поддержания смежности, в то время как генетический материал сохраняется в пределах частиц для поддержания смежности. Преимущество способов, изложенных в настоящем документе, состоит в том, что они обеспечивают инкапсулированную микросреду для обработки нуклеиновых кислот в пределах частицы для поддержания смежности. Это позволяет обрабатывать одиночную клетку для быстрой и эффективной обработки целевой нуклеиновой кислоты.Nucleic acid isolation, amplification, and sequencing methods as described herein use various reagents to isolate and obtain nucleic acids. Such reagents may include, for example, lysozyme, proteinase K, random hexamers, polymerase (e.g., Φ29 DNA polymerase, Taq polymerase, Bsu polymerase), transposase (e.g., Tn5), primers (e.g., P5 and P7 adapter sequences) , ligase catalyzing enzyme, deoxynucleotide triphosphates, buffers or divalent cations. These reagents pass through the pores of the particles to maintain contiguity while the genetic material is stored within the particles to maintain contiguity. The advantage of the methods described herein is that they provide an encapsulated microenvironment for processing nucleic acids within a particle to maintain contiguity. This allows a single cell to be processed for fast and efficient processing of the target nucleic acid.

Адаптеры могут включать участки праймеров для секвенирования, участки праймеров для амплификации и индексы. Как применяют в настоящем документе «индекс» может включать последовательность нуклеотидов, которые можно использовать в качестве молекулярного идентификатора и/или штрих-кода для мечения нуклеиновой кислоты, и/или для идентификации источника нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления можно использовать индекс можно использовать для идентификации одной нуклеиновой кислоты или субпопуляции нуклеиновых кислот. В некоторых вариантах осуществления библиотеки нуклеиновых кислот можно получать в частице для поддержания смежности. В некоторых вариантах осуществления одиночную клетку, инкапсулированную в частице для поддержания смежности можно использовать для комбинаторного индексирования одиночной клетки, например, с использованием способа транспозиции, сохраняющей смежность (CPT-seq). В некоторых вариантах осуществления ДНК из одиночной клетки может быть помечена штрих-кодом путем инкапсуляции одиночной клетки после амплификации WGA с другой частицей для поддержания смежности, несущей транспозоны со штрих-кодом, и растворения гелевой матрицы путем контакта с восстановителем, например, чтобы высвободить геномную ДНК для штрих-кодирования.Adapters may include sequencing primer regions, amplification primer regions, and indices. As used herein, an "index" may include a sequence of nucleotides that can be used as a molecular identifier and/or a barcode to label a nucleic acid, and/or to identify the source of the nucleic acid. In some embodiments, an index can be used to identify a single nucleic acid or a subset of nucleic acids. In some embodiments, nucleic acid libraries can be generated in a particle to maintain contiguity. In some embodiments, a single cell encapsulated in a contiguity-maintaining particle can be used to combinatorially index a single cell, for example, using a contiguity-preserving transposition (CPT-seq) technique. In some embodiments, DNA from a single cell can be barcoded by encapsulating the single cell after WGA amplification with another adjacency particle carrying barcoded transposons and dissolving the gel matrix by contacting a reductant, e.g., to release genomic DNA for barcoding.

Варианты осуществления способов и подходов «пространственного индексирования», описываемые в настоящем документе, сокращают анализ данных и упрощают процесс получения библиотеки из одиночных клеток и длинных молекул ДНК. Существующие протоколы для секвенирования одиночной клетки требуют эффективного физического разделения клеток и уникального штрихового кодирования каждой выделенной клетки и объединения всего вместе, чтобы сделать секвенирование. Текущие протоколы для синтетических длинных ридов также требуют громоздких шагов штрих-кодирования, и объединения всех штрих-кодированных фрагментов вместе для секвенирования, и позволяют анализу данных различать генетическую информацию, поступающую из каждой штрих-кодированной клетки. Во время этих длительных процессов также происходит потеря генетического материала, который вызывает пробелы в последовательности. Варианты осуществления, описываемые в настоящем документе, не только сокращают процесс, но и увеличивают разрешение данных для одиночных клеток. Кроме того, варианты осуществления, предлагаемые в настоящем документе, упрощают сборку геномов новых организмов. Варианты осуществления, описываемые в настоящем документе, можно использовать для выявления редких генетических вариаций и одновременного возникновения мутаций. В некоторых вариантах осуществления ДНК-библиотеки, находящейся в пределах частицы для поддержания смежности до момента выпуска, есть возможность контролировать размер фрагментов, которые высвобождаются на поверхности, контролируя процесс высвобождения и состав гидрогеля.The embodiments of the "spatial indexing" methods and approaches described herein reduce data analysis and simplify the process of obtaining a library from single cells and long DNA molecules. Existing protocols for single cell sequencing require efficient physical separation of cells and unique barcoding of each isolated cell and combining everything together to make sequencing. Current protocols for synthetic long reads also require cumbersome barcoding steps, and combining all barcoded fragments together for sequencing, and allowing data analysis to distinguish between the genetic information coming from each barcoded cell. During these long processes, there is also a loss of genetic material that causes gaps in the sequence. The embodiments described herein not only shorten the process, but also increase the data resolution for single cells. In addition, the embodiments provided herein simplify the assembly of the genomes of new organisms. The embodiments described herein can be used to detect rare genetic variations and the co-occurrence of mutations. In some embodiments of the DNA library within the particle to maintain contiguity until release, it is possible to control the size of the fragments that are released on the surface by controlling the release process and the composition of the hydrogel.

В некоторых вариантах осуществления библиотеку можно амплифицировать с использованием участков праймеров в адаптерных последовательностях, и секвенировать с использованием участков праймеров для секвенирования в адаптерных последовательностях. В некоторых вариантах осуществления адаптерные последовательности могут включать индексы для определения источника нуклеиновых кислот. Эффективность последующих этапов амплификации может быть снижена путем образования димеров праймеров. Для повышения эффективности последующих этапов амплификации можно удалить нелигированныеодноцепочечнные адаптеры из продуктов лигирования.In some embodiments, the library can be amplified using primer regions in adapter sequences, and sequenced using sequencing primer regions in adapter sequences. In some embodiments, adapter sequences may include indexes to identify the source of nucleic acids. The efficiency of subsequent amplification steps can be reduced by the formation of primer dimers. To increase the efficiency of subsequent amplification steps, unligated single strand adapters can be removed from the ligation products.

Получение библиотек нуклеиновых кислот при помощи частиц для поддержания смежностиObtaining Nucleic Acid Libraries Using Contiguity Particles

Некоторые варианты осуществления систем, способов и композиций, предоставляемых в данном документе, включают в себя способы, в которых адаптеры лигированы для нацеливания на нуклеиновые кислоты. Адаптеры могут включать участки связывания праймеров для секвенирования, участки связывания праймеров для амплификации и индексы. Например, адаптер может включать в себя последовательность P5, последовательность P7 или косплементарную им последовательность. Как указано в настоящем документе, последовательность P5 содержит последовательность, определенную SEQ ID NO: 1 (AATGATACGGCGACCACCGA), а последовательность P7 содержит последовательность, определенную SEQ ID NO: 2 (CAAGCAGAAGACGGCATACGA). В некоторых вариантах осуществления последовательность P5 или P7 может дополнительно включать спейсерный полинуклеотид, который может быть от 1 до 20, такой как от 1 до 15, или от 1 до 10 нуклеотидов, такой как 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, или 10 нуклеотидов в длину. В некоторых вариантах осуществления спейсер включает 10 нуклеотидов. В некоторых случаях указанным спейсером является поли Т-спейсер, такой как спейсер 10Т. Спейсерные нуклеотиды можно включать на 5'-концах полинуклеотидов, которые могут быть прикреплены к подходящей подложке, посредством связи с 5'-концом полинуклеотидов. Присоединение может быть достигнуто с помощью серосодержащего нуклеофила, такого как тиофосфат, присутствующий на 5'-конце полинуклеотида. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотид будет включать поли Т-спейсер и 5'-группу тиофосфата. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления последовательность P5 представляет собой 5´тиофосфат-TTTTTTTTTTAATGATACGGCGACCACCGA-3´ (SEQ ID NO: 3 и в некоторых вариантах осуществления последовательность P7 представляет собой 5´тиофосфат-TTTTTTTTT CAAGCAGAAGACGGCATACGA-3´ (SEQ ID: 4).Some embodiments of the systems, methods, and compositions provided herein include methods in which adapters are ligated to target nucleic acids. Adapters may include sequencing primer binding sites, amplification primer binding sites, and indices. For example, the adapter may include a P5 sequence, a P7 sequence, or a co-complementary sequence. As stated herein, the P5 sequence contains the sequence defined by SEQ ID NO: 1 (AATGATACGGGCACCACCGA) and the P7 sequence contains the sequence defined by SEQ ID NO: 2 (CAAGCAGAAGACGGCATACGA). In some embodiments, the P5 or P7 sequence may further include a spacer polynucleotide, which may be 1 to 20, such as 1 to 15, or 1 to 10 nucleotides, such as 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 nucleotides in length. In some embodiments, the implementation of the spacer includes 10 nucleotides. In some instances, said spacer is a poly T spacer, such as a 10T spacer. Spacer nucleotides can be included at the 5' ends of the polynucleotides, which can be attached to a suitable support by linkage to the 5' end of the polynucleotides. Attachment can be achieved with a sulfur containing nucleophile such as a thiophosphate present at the 5' end of the polynucleotide. In some embodiments, the polynucleotide will include a poly T spacer and a 5' thiophosphate group. Thus, in some embodiments, the P5 sequence is 5' thiophosphate-TTTTTTTTAATGATACGGCGACCACCGA-3' (SEQ ID NO: 3 and in some embodiments, the P7 sequence is 5' thiophosphate-TTTTTTTT CAAGCAGAAGACGGCATACGA-3' (SEQ ID: 4).

Индексы могут быть полезны для выявления источника молекулы нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления адаптер может быть модифицирован для предотвращения образования конкатемеров, например, путем добавления блокирующих групп, которые предотвращают удлинение адаптера на одном или обоих концах. Примеры 3'-блокирующих групп включают 3'-спейсер C3, дидезоксинуклеотид и прикрепление к субстрату. Примеры 5′ блокирующих групп включают в себя дефосфорилированный 5′ нуклеотид и прикрепление к субстрату.Indices can be useful in identifying the origin of a nucleic acid molecule. In some embodiments, the adapter may be modified to prevent the formation of concatemers, for example, by adding blocking groups that prevent the adapter from elongating at one or both ends. Examples of 3' blocking groups include the C3 3' spacer, dideoxynucleotide, and substrate attachment. Examples of 5' blocking groups include a dephosphorylated 5' nucleotide and attachment to a substrate.

Адаптеры включают в себя нуклеиновые кислоты, такие как одноцепочечные нуклеиновые кислоты. Адаптеры могут включать короткие нуклеиновые кислоты, имеющие длину менее чем, большую или равную примерно 5 нуклеотидов, 10 нуклеотидов, 20 нуклеотидов, 30 нуклеотидов, 40 нуклеотидов, 50 нуклеотидов, 60 нуклеотидов, 70 нуклеотидов, 80 нуклеотидов, 90 нуклеотидов, 100 нуклеотиды, или в диапазоне между любыми двумя из указанных выше размеров. В некоторых вариантах осуществления они имеют достаточный размер для прохождения пор частиц для поддержания смежности. Целевые нуклеиновые кислоты включают ДНК, такую как геномную или кДНК; РНК, такую как мРНК, рРНК или рРНК; или гибрид ДНК и РНК. Нуклеиновая кислота может быть выделена из одиночной клетки, инкапсулированной в частице для поддержания смежности. Нуклеиновая кислота может содержать фосфодиэфирные связи и может включать другие типы остова, включая, например, фосфоамидные, тиофосфатные, фосфо-дитиоатные, O-метилфосфороамидитные и пептидные остовы и связи нуклеиновой кислоты. Нуклеиновая кислота может содержать любую комбинацию дезоксирибо- и рибонуклеотидов и любую комбинацию оснований, включая урацил, аденин, тимин, цитозин, гуанин, инозин, ксантанин, гипоксантанин, изоцитозин, изогуанин и аналоги оснований, такие как нитропиррол (включая 3-нитропиррол) и нитроиндол (включая 5-нитроиндол). В некоторых вариантах осуществления нуклеиновая кислота может включать в себя, по меньшей мере, одно нерегулярное основание. Нерегулярное основание может быть парой оснований с более чем одним различным типом основания, и это может быть полезно, например, при включении в олигонуклеотидные праймеры или вставки, которые применяют для случайной гибридизации в сложных образцах нуклеиновой кислоты, таких как образцы геномной ДНК. Пример нерегулярного основания включает инозин, который может сочетаться с аденином, тимином или цитозином. Другие примеры включают гипоксантин, 5-нитроиндол, ациловый 5-нитроиндол, 4-нитропиразол, 4-нитроимидазол и 3-нитропиррол. Можно использовать нерегулярные основания, которые могут образовывать пару, по меньшей мере, с двумя, тремя, четырьмя или более типами оснований.Adapters include nucleic acids such as single stranded nucleic acids. Adapters may include short nucleic acids having a length less than, greater than or equal to about 5 nucleotides, 10 nucleotides, 20 nucleotides, 30 nucleotides, 40 nucleotides, 50 nucleotides, 60 nucleotides, 70 nucleotides, 80 nucleotides, 90 nucleotides, 100 nucleotides, or between any two of the above sizes. In some embodiments, they are of sufficient size to pass through the pores of the particles to maintain contiguity. Target nucleic acids include DNA, such as genomic or cDNA; RNA, such as mRNA, rRNA or rRNA; or a hybrid of DNA and RNA. The nucleic acid can be isolated from a single cell encapsulated in a particle to maintain contiguity. The nucleic acid may contain phosphodiester linkages and may include other types of backbone including, for example, phosphoamide, thiophosphate, phospho-dithioate, O-methylphosphoroamidite, and peptide backbones and nucleic acid linkages. The nucleic acid may contain any combination of deoxyribo- and ribonucleotides and any combination of bases, including uracil, adenine, thymine, cytosine, guanine, inosine, xanthanine, hypoxantanine, isocytosine, isoguanine, and base analogs such as nitropyrrole (including 3-nitropyrrole) and nitroindole (including 5-nitroindole). In some embodiments, the implementation of the nucleic acid may include at least one irregular base. An irregular base can be a base pair with more than one different base type, and this can be useful, for example, when included in oligonucleotide primers or inserts that are used for random hybridization in complex nucleic acid samples, such as genomic DNA samples. An example of an irregular base includes inosine, which can be combined with adenine, thymine, or cytosine. Other examples include hypoxanthine, 5-nitroindole, acyl 5-nitroindole, 4-nitropyrazole, 4-nitroimidazole, and 3-nitropyrrole. You can use irregular bases that can pair with at least two, three, four or more types of bases.

Целевые нуклеиновые кислоты могут включать образец, в котором средний размер нуклеиновой кислоты в образце меньше чем, больше чем или равен примерно 2 т.п.н., 1 т.п.н., 500 п.н., 400 п.н., 200 п.н., 100 п.н., 50 п.н., или диапазону между любыми двумя из указанных выше размеров. В некоторых вариантах осуществления средний размер нуклеиновой кислоты в образце меньше чем, больше чем или равен приблизительно 2000 нуклеотидам, 1000 нуклеотидам, 500 нуклеотидам, 400 нуклеотидам, 200 нуклеотидам, 100 нуклеотидам, 50 нуклеотидам, или диапазону между любыми двумя указанными выше размерами. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновая кислота имеет достаточный размер, чтобы нуклеиновая кислота была захвачена внутрь частиц для поддержания смежности, так чтобы она не могла пройти через поры частиц для поддержания смежности.Target nucleic acids may include a sample in which the average size of the nucleic acid in the sample is less than, greater than, or equal to about 2 kb, 1 kb, 500 bp, 400 bp. , 200 bp, 100 bp, 50 bp, or a range between any two of the above sizes. In some embodiments, the average size of a nucleic acid in a sample is less than, greater than, or equal to about 2000 nucleotides, 1000 nucleotides, 500 nucleotides, 400 nucleotides, 200 nucleotides, 100 nucleotides, 50 nucleotides, or a range between any two of the above sizes. In some embodiments, the nucleic acid is of sufficient size that the nucleic acid is trapped within the contiguity particles so that it cannot pass through the pores of the contiguity particles.

Пример способа включает дефосфорилирование 5'-концов целевых нуклеиновых кислот для предотвращения образования конкатемеров на последующих этапах лигирования; лигирование первых адаптеров к 3'-концам дефосфорилированных мишеней с использованием лигазы, при этом 3'-концы первых адаптеров блокированы; повторное фосфорилирование 5'-концов лигированных мишеней; лигирование второго адаптера с 5'-концами дефосфорилированных мишеней с использованием лигазы для одной цепи, при этом 5'-концы вторых адаптеров нефосфорилированы.An exemplary method includes dephosphorylation of the 5' ends of target nucleic acids to prevent formation of concatemers in subsequent ligation steps; ligating the first adapters to the 3' ends of the dephosphorylated targets using a ligase, with the 3' ends of the first adapters blocked; rephosphorylation of the 5' ends of ligated targets; ligating the second adapter to the 5' ends of the dephosphorylated targets using a single strand ligase, with the 5' ends of the second adapters unphosphorylated.

Другой пример включает частичное расщепление нуклеиновой кислоты 5'-экзонуклеазой с образованием двухцепочечной нуклеиновой кислоты с одноцепочечными 3'-«липкими концами». Адаптер, содержащий 3′-блокирующую группу, можно лигировать с 3′-концами двухцепочечной нуклеиновой кислоты с 3'-«липкими концами». Двухцепочечная нуклеиновая кислота 3'-«липкими концами» с лигированными адаптерами может быть гибридизирована с образованием одноцепочечных нуклеиновых кислот. Адаптер, содержащий нефосфорилированный 5'-конец, может быть лигирован с 5'-концом одноцепочечнной нуклеиновой кислоты.Another example involves partial cleavage of a nucleic acid with a 5'-exonuclease to form a double stranded nucleic acid with single stranded 3' sticky ends. An adapter containing a 3' blocking group can be ligated to the 3' ends of a double stranded nucleic acid with 3' overhang. Double-stranded nucleic acid 3' sticky ends with ligated adapters can be hybridized to form single-stranded nucleic acids. An adapter containing a non-phosphorylated 5' end may be ligated to the 5' end of a single stranded nucleic acid.

Способы дефосфорилирования нуклеиновых кислот, например, 5'-нуклеотида нуклеиновой кислоты, включают контакт нуклеиновой кислоты с фосфатазой. Примерами фосфатаз являются кишечная фосфатаза теленка, щелочная фосфатаза креветок, антарктическая фосфатаза и щелочная фосфатаза APEX (Epicentre).Methods for dephosphorylation of nucleic acids, for example the 5'-nucleotide of a nucleic acid, include contacting the nucleic acid with a phosphatase. Examples of phosphatases are calf intestinal phosphatase, shrimp alkaline phosphatase, Antarctic phosphatase and APEX alkaline phosphatase (Epicentre).

Способы лигирования нуклеиновых кислот включают контакт нуклеиновых кислот с лигазой. Примеры лигаз включают T4 РНК-лигазу 1, T4-РНК-лигазу 2, RtcB-лигазу, РНК-лигазу Methanobacterium и РНК-лигазу TS2126 (CIRCLIGASE).Methods for ligating nucleic acids include contacting the nucleic acids with a ligase. Examples of ligases include T4 RNA ligase 1, T4 RNA ligase 2, RtcB ligase, Methanobacterium RNA ligase, and TS2126 RNA ligase (CIRCLIGASE).

Способы фосфорилирования нуклеиновых кислот, например, 5'-нуклеотида нуклеиновой кислоты, включают контакт нуклеиновой кислоты с киназой. Примеры киназ включают T4 полинуклеотид киназу.Methods for phosphorylation of nucleic acids, for example the 5'-nucleotide of a nucleic acid, involve contacting the nucleic acid with a kinase. Examples of kinases include T4 polynucleotide kinase.

Варианты осуществления, предлагаемые в настоящем документе, относятся к получению библиотек нуклеиновых кислот в частице для поддержания смежности, таким образом, что библиотеку нуклеиновых кислот получают в одном объеме реакционной смеси.Embodiments provided herein relate to the production of nucleic acid libraries in a contiguity particle such that the nucleic acid library is produced in one volume of the reaction mixture.

Варианты осуществления систем и способов, предлагаемых в настоящем документе, включают наборы, содержащие любые один или несколько полимеров гидрогеля, кросслинкеры или микрофлюидные устройства для приготовления частиц для поддержания смежности, которые инкапсулируют клетку, и, кроме того, включают компоненты, подходящие для обработки генетического материала, включая агенты для лизиса клетки, и для амплификации и секвенирования нуклеиновых кислот, или для получения библиотек нуклеиновых кислот, включая лизоцим, протеиназу K, случайные гексамеры, полимеразу (например, ДНК-полимеразу Φ29, Taq-полимеразу, Bsu-полимеразу), транспозазу (например, Tn5), праймеры (например, адаптерные последовательности P5 и P7), лигазу, катализирующий фермент, дезоксинуклеотид трифосфаты, буферы, или двувалентные катионы, как описано в настоящем документе, и которые используют для соответствующей обработки генетического материала.Embodiments of the systems and methods provided herein include kits containing any one or more hydrogel polymers, crosslinkers, or microfluidic devices for preparing adjacency particles that encapsulate a cell, and further include components suitable for processing genetic material. , including agents for cell lysis, and for nucleic acid amplification and sequencing, or for the preparation of nucleic acid libraries, including lysozyme, proteinase K, random hexamers, polymerase (e.g., Φ29 DNA polymerase, Taq polymerase, Bsu polymerase), transposase (eg, Tn5), primers (eg, P5 and P7 adapter sequences), enzyme catalyzing ligase, deoxynucleotide triphosphates, buffers, or divalent cations, as described herein, and which are used to appropriately process the genetic material.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Пример 1. Получение частиц для поддержания смежностиExample 1 Getting Particles to Maintain Adjacency

В следующем примере демонстрируется вариант осуществления получения частиц для поддержания смежности, инкапсулирующих одиночную клетку с использованием микрожидкостного генератора капель.The following example demonstrates an embodiment of producing adjacency particles encapsulating a single cell using a microfluidic droplet generator.

Образцы, содержащие клетки и хранящиеся при -80°С, оттаивали при комнатной температуре. 100 мкл каждого образца переносили в стерильную пробирку объемом 1,7 мл, и образец отмывали один раз с 1 мл 0,85% NaCl. Образец осаждали и удаляли промывочный раствор. Клеточный осадок смешивали с раствором гидрогеля, чтобы ресуспендировать клетки в растворе гидрогеля.Samples containing cells and stored at -80°C were thawed at room temperature. 100 μl of each sample was transferred to a sterile 1.7 ml tube and the sample was washed once with 1 ml of 0.85% NaCl. The sample was precipitated and the washing solution was removed. The cell pellet was mixed with the hydrogel solution to resuspend the cells in the hydrogel solution.

Чтобы получить частицы для поддержания смежности с однородным распределением размеров, применяли микрофлюидные генераторы капель, такие как генератор, показанный на ФИГ. 1. Раствор, содержащий полимер гидрогеля и клетку, вводили в первый канал микрофлюидного генератора капель. Минеральное масло, используемое в качестве разделительного масла, добавляли во второй канал, а кросслинкер добавляли в третий канал. При контакте с кросслинкером в третьем канале, гидрогель мгновенно формировал частицы для поддержания смежности, инкапсулирующие одиночную клетку. Как изображено на ФИГ. 6, частицы для поддержания смежности окрашивали флуоресцентным красителем, который нацелен на группы -SH полимерной оболочки частиц для поддержания смежности. Правая панель ФИГ. 6 показывает окрашивание одиночной клетки в пределах частицы для поддержания смежности, демонстрируя 60-кратное увеличение изображения частицы для поддержания смежности, окрашенной Hoechst (пятно с синим ядром) и AF-647 BSA, который диффундирует в частицу для поддержания смежности через поры полимерной оболочки. Тип сшивающего масла выбирали для настройки скорости сшивания, в том числе медленный кросслинкер или кросслинкер мгновенного действия, как показано в таблице 1:To obtain adjacency particles with a uniform size distribution, microfluidic droplet generators such as the one shown in FIG. 1. A solution containing a hydrogel polymer and a cell was injected into the first channel of the microfluidic droplet generator. The mineral oil used as the release oil was added to the second channel and the crosslinker was added to the third channel. Upon contact with the crosslinker in the third channel, the hydrogel instantly formed adjacency particles encapsulating a single cell. As shown in FIG. 6, the adjacency particles were stained with a fluorescent dye that targets the -SH groups of the polymer shell of the particles to maintain adjacency. Right panel of FIG. 6 shows single cell staining within the adjacency particle, demonstrating a 60x magnification image of the adjacency particle stained with Hoechst (blue core stain) and AF-647 BSA, which diffuses into the adjacency particle through the pores of the polymer shell. The type of crosslinking oil was chosen to adjust the crosslinking speed, including a slow crosslinker or an instantaneous crosslinker, as shown in Table 1:

Таблица 1: Химия перекрестного сшиванияTable 1: Chemistry of Crosslinking

Тип частицы для поддержания смежностиType of particle to maintain adjacency КросслинкерыCrosslinkers Время сшиванияStitching time Гомогенность размеровSize homogeneity Сшивание гранулыCross-linking of the granule Медленный кросслинкерSlow crosslinker ПЭГ-эпоксид+ПЭГ-аминPEG-epoxide+PEG-amine >12 часов>12 hours ХорошаяGood ПолноеComplete ПЭГ-дитиол+ПЭГ-акрилатPEG-dithiol+PEG-acrylate 4 часа4 hours СредняяMedium Неполноеincomplete Кросслинкер мгновенного действияInstant crosslinker Дитиоловое масло+ПЭГ-малеинимидDithiol oil + PEG-maleimide МгновенноInstantly ХорошаяGood ПолноеComplete ПЭГ эпоксид+аминовое маслоPEG epoxy+amine oil МгновенноInstantly ХорошаяGood ПолноеComplete

Пример 2. Совместные анализы, проводимые на частицах для поддержания смежностиExample 2 Collaborative Assays Conducted on Particles to Maintain Adjacency

Следующий пример показывает примеры анализов, проводимых на частицах для поддержания смежности из Примера 1, включая SCI-seq, ATAC-seq, комбинаторное индексирование и полногеномную амплификацию одиночной клетки.The following example shows examples of assays performed on the contiguity particles of Example 1, including SCI-seq, ATAC-seq, combinatorial indexing, and whole genome single cell amplification.

Получали частицы для поддержания смежности из Примера 1 и наносили на планшет с лунками, таким образом, что одна частица для поддержания смежности была размещена в одной лунке. Клетки лизировали, вводя лизирующий буфер, затем отмывали, таким образом, выделяя нуклеиновые кислоты из клеток. Частицы для поддержания смежности с лизированными клетками затем подвергали серии анализов, как описано ниже.The adjacency particles from Example 1 were prepared and applied to a well plate such that one adjacency particle was placed in one well. The cells were lysed by introducing a lysis buffer, then washed, thus isolating the nucleic acids from the cells. Particles to maintain contiguity with lysed cells were then subjected to a series of assays as described below.

Как указано на ФИГ. 7, индексированные транспозомы (TSM) использовали для тагментации геномной ДНК, получая фрагменты для ATAC-seq. После обработки протеиназой/SDS, олиго T с тем же индексом, что и TSM, добавляли в каждую лунку для инициации синтеза кДНК путем обратной транскрипции (RT). Адаптер для ПЦР на другом конце вводили путем удлинения рандомера. Так получали Индекс 1. Частицы для поддержания смежности из каждой лунки объединяли вместе, а затем разделяли на планшет для индексированной ПЦР для получения Индекса 2. Это двухуровневое индексирование может быть масштабировано до 150000 (384×384) клеток. Конечная генерируемая библиотека представляла собой смесь ATAC-seq и РНК-seq, в которой гДНК и кДНК из одной и той же клетки были сгруппированы по одному и тому же индексу, а паттерн олиго T-UMI служил в качестве внутреннего маркера для различения сигнала РНК от сигнала ATAC.As indicated in FIG. 7, indexed transposomes (TSMs) were used to tag genomic DNA to generate fragments for ATAC-seq. After proteinase/SDS treatment, an oligo T with the same index as TSM was added to each well to initiate cDNA synthesis by reverse transcription (RT). The PCR adapter at the other end was introduced by extending the randommer. This gave Index 1. The adjacency particles from each well were pooled together and then split into an indexed PCR plate to obtain Index 2. This two-level indexing can be scaled up to 150,000 (384x384) cells. The final generated library was a mixture of ATAC-seq and RNA-seq, in which gDNA and cDNA from the same cell were grouped at the same index, and the T-UMI oligo pattern served as an internal marker to distinguish the RNA signal from ATAC signal.

Кроме того, случайное удлинение также использовали для полноразмерного РНК-seq, как показано в ФИГ. 8. В этом случае индексы TSM отличались от индексов рандомеров. Сопоставление «один к одному» между этими двумя индексами помогло идентифицировать риды от одиночной клетки и дифференцировать сигналы ДНК и РНК. UMI также применяли в этом способе для повышения точности анализа ридов.In addition, random extension was also used for full-length RNA-seq, as shown in FIG. 8. In this case, the TSM indices differed from the randomizer indices. A one-to-one comparison between these two indexes helped identify reads from a single cell and differentiate between DNA and RNA signals. UMI was also used in this method to improve the accuracy of the read analysis.

Трехуровневый комбинаторный индексирующий анализ также проводили с использованием двух раундов индексированного шунт-лигирования и одного раунда индексированной ПЦР, как указано на схеме на ФИГ. 9. В этом способе, TSM и олиго T являются универсальными, оба содержат фрагмент splint1, который позволяет добавлять индекс путем шунт-лигирования. Трехуровневая индексация достигла пропускной способности до 1 млн. клеток (96×96×96). Еще одна трехуровневая комбинаторная индексация для ATAC-seq предусматривает использование индексированной TSM для увеличения пропускной способности клеток, как указано на ФИГ. 10. Вместо того, чтобы использовать универсальный TSM, TSM содержали уникальный индекс на стороне B7G и A7G. Два разных шунта применяли для прикрепления индексированных адаптеров, необходимых для индексированной ПЦР. На фигуре 10 индексирование включает следующие компоненты: последовательность адаптера B15 (SEQ ID NO: 5), N6 и Link1, вместе образующие последовательность B15_N6_Link1 (SEQ ID NO: 11); последовательность Phos_Link2, A7G (SEQ ID NO: 9) и последовательность ME (SEQ ID NO: 7), вместе образующие последовательность Phos_Link2_A7G_ME (SEQ ID NO: 12); последовательность адаптера A14 (SEQ ID NO: 6), N6 и Link1, вместе образующие последовательность A14_N6_Link1 (SEQ ID NO: 13); и Phos_Link2, B7G (SEQ ID NO: 10) и последовательность ME (SEQ ID NO: 7), вместе образующие последовательность Phos_Link2_B7G_ME (SEQ ID NO: 14). Фигура 10 также предоставляет последовательность, комплементарную ME (SEQ ID NO: 8), последовательность Splint 1 (SEQ ID NO: 15) и последовательность Splint 2 (SEQ ID NO: 16).Three-level combinatorial indexing analysis was also performed using two rounds of indexed bypass ligation and one round of indexed PCR, as indicated in the diagram in FIG. 9. In this method, TSM and oligo T are versatile, both containing a splint1 fragment that allows for index addition by shunt ligation. Three-level indexing has reached a throughput of up to 1 million cells (96×96×96). Another three-level combinatorial indexing for ATAC-seq involves the use of indexed TSM to increase cell throughput, as indicated in FIG. 10. Instead of using a generic TSM, TSMs contained a unique index on the B7G and A7G side. Two different shunts were used to attach indexed adapters required for indexed PCR. 10, the indexing includes the following components: adapter sequence B15 (SEQ ID NO: 5), N6, and Link1, together forming the sequence B15_N6_Link1 (SEQ ID NO: 11); the sequence Phos_Link2, A7G (SEQ ID NO: 9) and the sequence ME (SEQ ID NO: 7), together forming the sequence Phos_Link2_A7G_ME (SEQ ID NO: 12); adapter sequence A14 (SEQ ID NO: 6), N6 and Link1, together forming the sequence A14_N6_Link1 (SEQ ID NO: 13); and Phos_Link2, B7G (SEQ ID NO: 10) and the ME sequence (SEQ ID NO: 7), together forming the Phos_Link2_B7G_ME sequence (SEQ ID NO: 14). Figure 10 also provides a complementary sequence to ME (SEQ ID NO: 8), a Splint 1 sequence (SEQ ID NO: 15), and a Splint 2 sequence (SEQ ID NO: 16).

Полногеномную амплификацию одиночной клетки также проводили с использованием частиц для поддержания смежности, как указано на ФИГ. 11. Это делали с использованием индексированной T7 транспозиции частиц для поддержания смежности в отдельных лунках с последующим объединением и удлинением при помощи T7 в линейной амплификации с транскрипцией in vitro (IVT). Гранулы разделяли снова для индексированного случайного удлинения, объединяли и разделяли снова для конечной индексированной ПЦР.Whole genome single cell amplification was also performed using adjacency particles as indicated in FIG. 11. This was done using T7 indexed particle transposition to maintain contiguity in individual wells followed by T7 pooling and extension in in vitro transcriptional linear amplification (IVT). The beads were split again for indexed random extension, pooled and split again for the final indexed PCR.

Частицы для поддержания смежности показали эффективную тагментацию, когда они были нацелены на меченные FAM транспозомы. Ядра окрашивали Hoechst (пятно ДНК с синим излучением), а перенесенные ядра окрашивали флуоресцентным зеленым с FAM (флуоресцентный краситель). Лизис клеток с SDS увеличивал фоновую флуоресценцию частиц для поддержания смежности, в то время как от частиц для поддержания смежности без клеток не наблюдали никакого сигнала. Результаты демонстрируют, что библиотеку для ATAC-seq можно получать для клеткок, инкапсулированных внутри частиц для поддержания смежности, только с небольшой долей утечки коротких фрагментов из тагментации.The adjacency particles showed efficient tagmentation when they were targeted to FAM-tagged transposomes. The nuclei were stained with Hoechst (DNA stain with blue light) and the transferred nuclei were stained with fluorescent green with FAM (fluorescent dye). Lysis of cells with SDS increased the background fluorescence of the adjacency particles, while no signal was observed from adjacency particles without cells. The results demonstrate that a library for ATAC-seq can be produced for cells encapsulated within particles to maintain contiguity with only a small fraction of leakage of short fragments from tagmentation.

Пример 3. Получение библиотеки нуклеиновых кислот в частицах для поддержания смежностиExample 3 Preparation of a Library of Nucleic Acids in Particles for Maintaining Adjacency

Следующий пример показывает способ для получения полногеномной библиотеки из клетки, инкапсулированной в частице для поддержания смежности.The following example shows a method for producing a genome-wide library from a cell encapsulated in a contiguity particle.

ФИГ. 12 изображает схему для получения полногеномной библиотеки на одиночной клетке, инкапсулированной в частице для поддержания смежности. Как указано на схеме ФИГ. 12, частицу для поддержания смежности использовали для создания полногеномной библиотеки Nextera. Частицы для поддержания смежности получали, как указано в Примере 1. Частицы для поддержания смежности (СР) загружали на клеточное сито 45 мкм и несколько раз промывали PBS или трис-Cl, чтобы удалить любые неинкапсулированнные клетки. Одним из преимуществ инкапсулированной клетки в частице для поддержания смежности является улучшенная способность работать с ними и обрабатывать их. Одним из простых способов сделать это является использование центрифужных колонок или планшетов для фильтрования. Размер пор фильтра может быть меньше диаметра гранулы. Примеры планшетов для фильтрования включают, но не ограничиваясь, планшеты для фильтрования MultiScreen-Mesh Millipore с размером пор 20, 40 и 60 мкм, планшеты для фильтрования MultiScreen-Migration Invasion and Chemotaxis Millipore с порами 8,0 мкм или 96-луночные планшеты для фильтрования для водной фильтрации Pall’s AcroPrep Advance с порами 30-40 мкм. С помощью этих планшетов для фильтрования гранулы с инкапсулированными клетками были легко отделены от раствора, что позволило несколько менять буфер.FIG. 12 depicts a scheme for obtaining a whole genome library on a single cell, encapsulated in a particle to maintain contiguity. As indicated in the diagram of FIG. 12, the adjacency particle was used to create a Nextera genome-wide library. Adjacency particles were prepared as described in Example 1. Adjacency particles (CP) were loaded onto a 45 μm cell sieve and washed several times with PBS or Tris-Cl to remove any unencapsulated cells. One of the benefits of an encapsulated cell in a particle for maintaining contiguity is an improved ability to work with and process them. One easy way to do this is to use centrifuge columns or filter plates. The pore size of the filter may be smaller than the granule diameter. Examples of filter plates include, but are not limited to, 20, 40, and 60 µm MultiScreen-Mesh Millipore filter plates, 8.0 µm MultiScreen-Migration Invasion and Chemotaxis Millipore filter plates, or 96-well filter plates. for water filtration Pall's AcroPrep Advance with pores 30-40 microns. With these filter plates, the encapsulated cell pellets were easily separated from the solution, allowing some buffer changes.

Отмытые гранулы суспендировали в буфере и удаляли из фильтра. Чтобы оценить конечную концентрацию гранул, эффективность загрузки клеток и убедиться, что не осталось не инкапсулированных клеток, аликвоту гранул визуализировали под микроскопом.The washed granules were suspended in buffer and removed from the filter. To evaluate the final bead concentration, cell loading efficiency, and ensure that no unencapsulated cells remained, an aliquot of the beads was visualized under a microscope.

Для выполнения тагментации Nextera использовали планшеты для фильтрования Millipore Nylon MultiScreen-Mesh 20 мкм. Чтобы ограничить прилипание гранул к фильтру, их предварительно смачивали Плюроник F-127. После центрифугирования планшета в течение 30 сек при 500 g, буфер протекал через фильтр, сохраняя гранулы. Гранулы отмывали дважды с 200 мкл буфера Трис-Cl, затем суспендировали в буфере для лизиса (0,1% SDS). Гранулы инкубировали в лизирующем буфере за 1 мин до удаления посредством центрифугирования. Чтобы удалить остаточный буфер для лизиса, проводили два дополнительных промывания 200 мкл трис-Cl. Затем клетки суспендировали в 45 мкл 1× буфера для тагментации путем пипеттирования вверх и вниз, затем переносили в стрип с пробирками. К 45 мкл гранул добавляли 5 мкл фермента для тагментации ДНК (TDE, Illumina Inc.) и инкубировали в термоциклере в течение 1 часа при комнатной температуре, 30 минут при 55°C. Альтернативно, тагментацию можно проводить на планшете для фильтрования путем суспендирования клеток, инкапсулированных в гранулах, в мастер-миксе для тагментации и последующего инкубирования в термостате. После тагментации аликвоту гранул окрашивали краской по Хехсту и визуализировали под микроскопом. Визуализация подтвердила, что ДНК остается в грануле.Millipore Nylon MultiScreen-Mesh 20 µm filter plates were used to perform Nextera tagging. To limit the adhesion of the granules to the filter, they were pre-wetted with Pluronic F-127. After centrifuging the plate for 30 sec at 500 g, the buffer flowed through the filter, saving the beads. The beads were washed twice with 200 μl of Tris-Cl buffer, then suspended in lysis buffer (0.1% SDS). The beads were incubated in lysis buffer for 1 min before being removed by centrifugation. Two additional washes with 200 μl Tris-Cl were performed to remove residual lysis buffer. The cells were then suspended in 45 μl of 1× tag buffer by pipetting up and down, then transferred to a tube strip. To 45 μl of beads, 5 μl of DNA tagging enzyme (TDE, Illumina Inc.) was added and incubated in a thermal cycler for 1 hour at room temperature, 30 minutes at 55°C. Alternatively, tagging can be performed on a filter plate by suspending the bead-encapsulated cells in the tagging master mix and then incubating in an incubator. After tagging, an aliquot of the beads was stained with Hoechst stain and visualized under a microscope. Imaging confirmed that the DNA remained in the granule.

Тагментированные шарики (25 мкл) амплифицировали в ПЦР с использованием мастер-микса Illumina Nextera PCR MM (NPM, Illumina) и праймеров для ПЦР. К основной смеси ПЦР добавляли 0,1% SDS, чтобы удалить Tn5, связанный с ДНК. Предварительную инкубацию проводили при температуре 75°C, чтобы помочь удалению Tn5 в присутствии SDS. Одиннадцать циклов ПЦР проводилидля создания конечной библиотеки. После ПЦР, библиотеки очищали с использованием 0,9×SPRI, измеряли количество с использованием dsDNA qubit и/или BioAnalyzer, и секвенировали на MiSeq и/или NextSeq.Tagged beads (25 µl) were PCR amplified using Illumina Nextera PCR MM Master Mix (NPM, Illumina) and PCR primers. 0.1% SDS was added to the PCR master mix to remove DNA bound Tn5. Pre-incubation was performed at 75°C to help remove Tn5 in the presence of SDS. Eleven cycles of PCR were performed to generate the final library. After PCR, libraries were purified using 0.9×SPRI, quantified using dsDNA qubit and/or BioAnalyzer, and sequenced on MiSeq and/or NextSeq.

Способ, описанный в этом примере, может быть масштабирован для выполнения секвенирования одиночной клетки с использованием подхода, аналогичного sciSEQ (Vitak et al. Nat Meth. 2017; 14: 302-308). Например, использование 96-луночного планшета для фильтрования для проведения 96 реакций тагментации-индексирования одновременно можно проводить в масштабной форме. После того, как гранулы добавляют на планшет, один за другим добавляют буферы, затем удаляют посредством центрифугирования или вакуума. После тагментации гранулы собирают из фильтра и объединяют. Объединенные гранулы перераспределяют во второй 96-луночный планшет для ПЦР для мультиплексной ПЦР. В этой схеме двухуровневого индексирования (индексирование при тагментации и ПЦР) все фрагменты ДНК из одной клетки, инкапсулированной в грануле, получают один и тот же штрих-код, который можно расшифровать для реконструкции генома клетки.The method described in this example can be scaled up to perform single cell sequencing using a similar approach to sciSEQ (Vitak et al. Nat Meth. 2017; 14: 302-308). For example, using a 96-well filter plate to run 96 tag-indexing reactions simultaneously can be scaled. After the beads are added to the plate, buffers are added one by one, then removed by centrifugation or vacuum. After tagmentation, the beads are collected from the filter and pooled. The pooled beads are redistributed into a second 96-well PCR plate for multiplex PCR. In this two-level indexing scheme (tag-indexing and PCR), all DNA fragments from a single bead-encapsulated cell receive the same barcode, which can be decoded to reconstruct the cell's genome.

Этапы, описанные в этом примере, поддаются автоматизации на платформах для обработки жидкостей путем добавления вакуумного коллектора, например вакуумного коллектора Millipore MultiScreen HTS или вакуумного коллектора с 96-луночным планшетом от Orochem. Эти вакуумные коллекторы можно добавлять ко многим платформам для обработки жидкостей, включая Biomek FX, Microlab Star, Tecan Genesis и т.д. Тагментация может быть автоматизирована путем переноса планшета для фильтрования в термоблок. Затем планшет возвращается в вакуумный коллектор для промывок после тагментации.The steps described in this example are amenable to automation on liquid handling platforms by adding a vacuum manifold, such as a Millipore MultiScreen HTS vacuum manifold or a 96-well plate vacuum manifold from Orochem. These vacuum manifolds can be added to many fluid handling platforms including Biomek FX, Microlab Star, Tecan Genesis, etc. Tagging can be automated by transferring the filter plate to the thermoblock. The plate is then returned to the vacuum manifold for post-tagment washes.

Варианты осуществления, примеры и рисунки, описываемые в настоящем документе, предлагают композиции, способы и системы для удержания генетического материала в физически замкнутом пространстве в течение процесса от лизиса до создания библиотеки. Некоторые варианты осуществления предлагают библиотеки, происходящую из одиночной длинной молекулы ДНК или одиночной клетки, которая высвобождается на поверхность проточной ячейки в замкнутом пространстве. Как только библиотека из одной молекулы ДНК или одиночной клетки в отдельных отсеках высвобождается на поверхность проточной ячейки, библиотека из каждого отсека высевается в непосредственной близости друг от друга.The embodiments, examples, and drawings described herein provide compositions, methods, and systems for holding genetic material in a physically enclosed space during the process from lysis to library creation. Some embodiments provide a library derived from a single long DNA molecule or a single cell that is released onto the surface of a flow cell in a confined space. Once a single cell DNA or single cell library in separate compartments is released onto the surface of the flow cell, the library from each compartment is seeded in close proximity to each other.

Как применяют в настоящем документе термин «содержащий» является синонимом слова «включающий», «включая» или «характеризуется», и является включающим или открытым и не исключает дополнительные, не отмеченные элементы или этапы способов.As used herein, the term "comprising" is synonymous with "comprising", "including", or "characterized", and is inclusive or open-ended and does not exclude additional, unremarked elements or method steps.

Приведенное выше описание раскрывает несколько способов и материалов по настоящему изобретению. В этом изобретении допускаются изменения в способах и материалах, а также изменения в способах изготовления и оборудовании. Такие модификации станут очевидными специалистам в данной области из рассмотрения этого описания или практическом применении описываемого в настоящем документе изобретения. Таким образом, следует понимать, что это изобретение не должно быть ограничено конкретными вариантами осуществления, описываемыми в настоящем документе, но оно охватывает все модификации и альтернативы, входящие в истинный объем и сущность изобретения.The above description discloses several methods and materials according to the present invention. This invention allows for changes in methods and materials, as well as changes in manufacturing methods and equipment. Such modifications will become apparent to those skilled in the art from a review of this disclosure or the practice of the invention described herein. Thus, it is to be understood that this invention is not to be limited to the specific embodiments described herein, but that it embraces all modifications and alternatives falling within the true scope and spirit of the invention.

Все цитируемые в настоящем документе ссылки, включая в качестве неограничивающих примеров все опубликованные и неопубликованные заявки, патенты и литературные ссылки, включены в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме и, таким образом, являются частью настоящего описания. В той степени, в которой публикации и патенты или патентные заявки, включенные посредством ссылки, противоречат изобретению, содержащемуся в описании, описание предназначено для того, чтобы заменить и/или иметь приоритет над любым таким противоречивым материалом.All references cited herein, including but not limited to all published and unpublished applications, patents and literature references, are incorporated herein by reference in their entirety and thus form part of the present specification. To the extent that publications and patents or patent applications incorporated by reference conflict with the invention contained in the specification, the description is intended to supersede and/or take precedence over any such conflicting material.

Claims (27)

1. Твердая подложка для секвенирования нуклеиновых кислот, включающая множество полых гранул, где каждая гранула содержит:1. A solid support for nucleic acid sequencing, comprising a plurality of hollow beads, where each bead contains: полимерную оболочку; иpolymer shell; And одиночную клетку, расположенную внутри полимерной оболочки,a single cell located inside a polymer shell, где полимерная оболочка содержит поры, которые обеспечивают диффузию реагента через полимерную оболочку с одновременным удержанием одиночной клетки;where the polymer shell contains pores that provide diffusion of the reagent through the polymer shell while retaining a single cell; где твердая подложка представляет собой устройство с проточными ячейками, планшет с лунками, микропанель, микрофлюидный канал, предметное стекло или структурированная поверхность.where the solid support is a flow cell device, a well plate, a microarray, a microfluidic channel, a glass slide, or a structured surface. 2. Твердая подложка по п. 1, где твердая подложка представляет собой устройство с проточными ячейками, включающее вкладыш с микролунками или микростолбиками в устройстве для распределения множества гранул для поддержания смежности для пространственного индексирования в устройстве с проточными ячейками.2. The solid support of claim 1, wherein the solid support is a flow cell device including a microwell or micropillar insert in the multibead dispenser to maintain contiguity for spatial indexing in the flow cell device. 3. Твердая подложка по п. 1, где твердая подложка представляет собой планшет с лунками, включающий множество лунок, где каждая из множеств гранул загружена в каждую лунку из множества лунок.3. The solid support of claim 1, wherein the solid support is a well plate including a plurality of wells, wherein each of the plurality of beads is loaded into each well of the plurality of wells. 4. Твердая подложка по п. 3, где планшет с лунками включает от приблизительно 12 до 960 лунок. 4. The solid support of claim 3, wherein the well plate comprises from about 12 to 960 wells. 5. Твердая подложка по п. 1, где каждая гранула имеет диаметр приблизительно от 20 мкм до приблизительно 200 мкм. 5. The solid support of claim 1, wherein each bead has a diameter of from about 20 microns to about 200 microns. 6. Твердая подложка по п. 1, где полимерная оболочка содержит ПЭГ-малеинимид/дитиоловое масло, ПЭГ-эпоксид/аминовое масло, ПЭГ-эпоксид/ПЭГ-амин, или ПЭГ-дитиол/ПЭГ-акрилат.6. The solid support of claim 1 wherein the polymer shell comprises PEG maleimide/dithiol oil, PEG epoxide/amine oil, PEG epoxide/PEG amine, or PEG dithiol/PEG acrylate. 7. Твердая подложка по п. 1, где полимерная оболочка содержит обратимый кросслинкер.7. The solid support of claim 1, wherein the polymer shell contains a reversible crosslinker. 8. Твердая подложка по п. 7, где обратимый кросслинкер представляет собой N,N’-бис(акрилoил)цистамин.8. Solid support according to claim 7, wherein the reversible crosslinker is N,N'-bis(acryloyl)cystamine. 9. Способ проведения множества последовательных совместных анализов отдельных клеток в популяции клеток, включающий: 9. A method for conducting multiple sequential collaborative analyzes of individual cells in a population of cells, including: контактирование популяции клеток с полимером в разделительном масле для образования смеси (a); contacting the cell population with a polymer in a release oil to form mixture (a); перемешивание смеси (a) с маслом для перекрестного сшивания для образования множества гранул, каждая гранула инкапсулирует одиночную клетку, где каждая гранула содержит поры, которые обеспечивают диффузию реагента через гранулу с одновременным удержанием одиночной клетки;mixing the mixture (a) with the crosslinking oil to form a plurality of beads, each bead encapsulating a single cell, where each bead contains pores that allow diffusion of the reagent through the bead while retaining the single cell; последовательное контактирование отдельных клеток внутри множества гранул с реагентом для выполнения множества последовательных совместных анализов популяции клеток; sequentially contacting individual cells within a plurality of reagent beads to perform a plurality of sequential collaborative cell population assays; разделение гранул на твердой подложке как определено в пп. 1-8; и модификация разделенных гранул, чтобы обеспечить диффузию инкапсулированного материала из разделенных гранул.separation of granules on a solid support as defined in paragraphs. 1-8; and modifying the separated beads to allow diffusion of the encapsulated material from the separated beads. 10. Способ по п. 9, где модификация разделенных гранул включает повышение температуры гранул.10. The method of claim. 9, where the modification of the separated granules includes increasing the temperature of the granules. 11. Способ по п. 10, в котором температуру повышают более чем 50°C.11. The method of claim 10 wherein the temperature is raised to more than 50°C. 12. Способ по п. 9, где модификация разделенных гранул включает разрушение крослинкера гранул.12. The method of claim 9, wherein the modification of the separated beads comprises breaking the crosslinker of the beads. 13. Способ по п. 12, где разложение включает приведение гранул в контакт с восстановителем.13. The method of claim 12 wherein the decomposition comprises bringing the pellets into contact with a reducing agent. 14. Способ по п. 13, где восстановитель представляет собой дитиоэритритол (DTE), дитиотрейтол (DTT), 2-меркаптоэтанол, аминоэтантиол, глутатион, тиогликолат, 2,3-димеркаптопропанол, трис(2-карбоксиэтил)фосфин (TCEP), трис(гидроксиметил)фосфин (THP), или P-[трис(гидроксиметил)фосфин] пропионовую кислоту (THPP).14. The method of claim 13 wherein the reducing agent is dithioerythritol (DTE), dithiothreitol (DTT), 2-mercaptoethanol, aminoethanethiol, glutathione, thioglycolate, 2,3-dimercaptopropanol, tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP), tris (hydroxymethyl)phosphine (THP), or P-[tris(hydroxymethyl)phosphine] propionic acid (THPP). 15. Способ по п. 9, где модификация разделенных гранул включает воздействие на гранулы электрического поля.15. The method according to claim 9, where the modification of the separated granules includes exposing the granules to an electric field. 16. Способ по п. 9, где множественные последовательные совместные анализы включают лизис, анализ ДНК, анализ РНК, анализ белков, тагментацию, амплификацию нуклеиновых кислот, секвенирование нуклеиновых кислот, получение библиотеки ДНК, анализ для оценки хроматина, доступного для транспозазы, с использованием секвенирования (ATAC-seq), транспозицию, сохраняющую смежность (CPT-seq), комбинаторное индексированное секвенирование одиночной клетки (SCI-seq), или амплификацию генома одиночной клетки, или любое их сочетание, проводимое последовательно.16. The method of claim 9, wherein the multiple sequential collaborative assays include lysis, DNA analysis, RNA analysis, protein analysis, tagging, nucleic acid amplification, nucleic acid sequencing, DNA library preparation, transposase accessible chromatin analysis using sequencing (ATAC-seq), adjacency-preserving transposition (CPT-seq), combinatorial indexed single cell sequencing (SCI-seq), or single cell genome amplification, or any combination thereof, performed sequentially. 17. Способ по п. 9, где каждая гранула имеет диаметр приблизительно от 20 мкм до приблизительно 200 мкм.17. The method of claim 9 wherein each bead has a diameter of from about 20 µm to about 200 µm. 18. Способ по п. 9, где разделительное масло включает минеральное масло или фторуглеродное масло.18. The method of claim 9 wherein the release oil comprises a mineral oil or a fluorocarbon oil. 19. Способ по п. 9, в котором смешивание включает помещение одиночной клетки, полимера, разделительного масла и масла для перекрестного сшивания в генератор капель, где необязательно генератор капель необязательно представляет собой микрофлюидный чип.19. The method of claim 9, wherein the mixing comprises placing the single cell, polymer, release oil, and cross-linking oil into a droplet generator, where the droplet generator is optionally a microfluidic chip.
RU2021118349A 2018-04-20 2019-04-15 Methods of encapsulating single cells, the encapsulated cells and uses thereof RU2793717C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862660452P 2018-04-20 2018-04-20
US62/660,452 2018-04-20

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144343A Division RU2750567C2 (en) 2018-04-20 2019-04-15 Methods for encapsulating single cells, encapsulated cells, and methods of application thereof

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2023107531A Division RU2023107531A (en) 2018-04-20 2023-03-29 METHODS OF ENCAPSULATION OF SINGLE CELLS, ENCAPSULATED CELLS AND METHODS OF THEIR APPLICATION

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2021118349A RU2021118349A (en) 2021-07-23
RU2021118349A3 RU2021118349A3 (en) 2022-04-15
RU2793717C2 true RU2793717C2 (en) 2023-04-05

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000002018A1 (en) * 1998-07-01 2000-01-13 Memsys, Incorporated Solid state microanemometer
RU2274863C2 (en) * 2000-06-15 2006-04-20 Чирон Корпорейшн Method for determining hcv-antigen/antibody complex

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000002018A1 (en) * 1998-07-01 2000-01-13 Memsys, Incorporated Solid state microanemometer
RU2274863C2 (en) * 2000-06-15 2006-04-20 Чирон Корпорейшн Method for determining hcv-antigen/antibody complex

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RAMLI ROS AZLINAWATI,et al., Core-shell polymers: a review, RSC Adv., 2013, 3, 15543-15565, DOI: 10.1039/c3ra41296b. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7542570B2 (en) Method for encapsulating single cells, encapsulated cells and uses thereof
US11999945B2 (en) Modulating polymer beads for DNA processing
US12104281B2 (en) Analysis of multiple analytes using a single assay
US20240018584A1 (en) Long indexed-linked read generation on transposome bound beads
RU2793717C2 (en) Methods of encapsulating single cells, the encapsulated cells and uses thereof
HK40104957B (en) Long indexed-linked read generation on transposome bound beads
HK40104957A (en) Long indexed-linked read generation on transposome bound beads
RU2822154C2 (en) Modulation of polymer granules for dna processing
HK40029073A (en) Methods of encapsulating single cells, the encapsulated cells and uses thereof