[发明专利]跟踪单细胞进化的系统和方法

说明书

给定群体中的细胞往往表现出异质性，所述异质性可能影响每个细胞如何响应于特定处理或生长条件。本文所述的方法允许确定来自初始群体的哪些细胞在处理或条件下存活，以及存活细胞如何随时间推移进化。例如，本文所述的方法可用于对细胞群体中的抗药性、响应和/或适应进行建模。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年3月20日提交的美国临时申请第62/992,498号和2021年3月15日提交的第63/161,390号的优先权，这些美国临时申请通过引用以其整体并入本文。

背景技术

尽管近年来癌症疗法已有诸多显著进展，但肿瘤细胞常常会产生对诸多疗法的抗性，从而使其能够逃脱死亡。这些抗性细胞进而导致需要二次治疗(如果可用)的复发性肿瘤。临床上已表明用多种疗法联合治疗可为患者带来额外益处，其部分地通过克服抗性而达成。需要理解对各种治疗的抗性机制，以便开发针对癌症的更有效的治疗和治疗组合。

发明内容

给定群体中的细胞往往表现出异质性，这可能会影响每个细胞如何响应于特定处理或生长条件。本文所描述的方法允许确定来自初始群体的哪些细胞在某一处理或条件中存活，以及这些细胞如何在该治疗中存活和/或随时间进化。例如，本文所描述的方法可用于对细胞群体中的抗药性、响应和/或适应进行建模。

本发明技术通常允许随时间跟踪单细胞克隆，且在所关注的选择压力下比较其适应性。可通过该克隆随时间的相对大小来确定每个单细胞克隆的适应性，例如可通过遗传引入至该克隆的唯一条形码的丰度来测量。同时，可在选择之前、期间和之后以单细胞分辨率例如通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析每个单细胞克隆以获得转录状态。可将与“获胜者”克隆(具有富集的条形码的细胞)相关的转录程序与“失败者”克隆(具有耗竭的条形码的细胞)比较，以鉴定先存性状以及能够在所关注的选择压力下存活的适应性变化，例如但不限于药物处理、基因组工程化和植入至宿主中。

在一方面，提供一种就性状而言对细胞进行筛选的方法。该方法可包括：(a)获得多个带条形码的细胞，其中每个带条形码的细胞包括单个唯一条形码，或条形码组合；(b)对该多个带条形码的细胞的子集执行第一RNA和/或DNA测序；(c)在选择压力的存在下培养该多个带条形码的细胞达第一时间段，从而形成第一多个细胞；(d)对该第一多个细胞的子集执行第二RNA和/或DNA测序；(e)在该选择压力的存在下培养该第一多个细胞达第二时间段，从而形成第二多个细胞；以及(f)对该第二多个细胞的至少一子集执行第三RNA和/或DNA测序。该方法还可包括：(g)确定在该第一测序、第二测序和/或第三测序中测序的条形码的相对丰度。

在另一方面，提供一种用于就对治疗剂的响应性状来筛选细胞的方法。该方法可包括：(a)获得多个带条形码的细胞，其中每个带条形码的细胞包含单个唯一条形码；(b)对该多个带条形码的细胞的子集执行第一RNA和/或DNA测序；(c)在该治疗剂存在下培养该多个带条形码的细胞达第一时间段，从而形成第一多个细胞；(d)对该第一多个细胞的子集执行第二RNA和/或DNA测序；(e)用该治疗剂培养该第一多个细胞达第二时间段，从而形成第二多个细胞；和(f)对该第二多个细胞的子集执行第三RNA和/或DNA测序。该方法还可包括：(g)确定在该第一测序、第二测序和/或第三测序中测序的条形码的相对丰度。