Bioactive Materials
生物材料介导细胞图谱：单细胞与空间转录组学的前沿探索

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文献概述
本文《Biomaterial-mediated Cell Atlas: an insight from single-cell and spatial transcriptomics》发表于《Bioactive Materials》杂志，回顾并总结了单细胞和空间转录组学在生物材料研究中的应用进展。该研究构建了生物材料介导的细胞图谱（BCA），系统分析了生物材料植入后对细胞异质性、微环境动态变化的影响，特别聚焦于免疫微环境、生物活性评估及组织再生路径。

背景知识
生物材料在现代医学中广泛用于组织修复和再生治疗，但其与宿主细胞的相互作用机制仍不完全清楚。传统的转录组分析基于群体细胞数据，难以解析细胞亚群动态及稀有细胞类型的作用，限制了生物材料个性化设计的精度。单细胞RNA测序（scRNA-seq）与空间转录组学（ST-seq）的结合为研究生物材料-细胞互作提供了高分辨率、高通量的多组学数据支持，使细胞图谱构建成为可能。目前，该领域仍面临技术整合难度大、数据异质性高、细胞注释标准化不足等挑战，亟需进一步优化整合算法与实验验证体系。

研究方法与实验
研究整合了48篇文献，系统梳理了单细胞与空间转录组学在生物材料研究中的应用。作者详细介绍了scRNA-seq的流程，包括细胞悬液制备、微流控捕获、文库构建、测序与数据分析，强调其在细胞异质性解析、分化轨迹追踪及细胞通讯网络构建中的优势。空间转录组技术如10× Visium、Xenium和MERFISH则用于解析组织微环境中的基因表达空间分布。研究还讨论了RNA velocity和Pseudotime分析在细胞命运预测中的应用，并结合具体案例（如GelMA、Ti-DOPA-CO）分析了不同材料对巨噬细胞亚群、成纤维细胞及ECM调控的影响。

关键结论与观点

• BCA框架可用于评估生物材料的生物相容性、生物活性及免疫微环境调控能力，为材料筛选提供多组学支持。
• scRNA-seq揭示了不同交联度的GelMA材料对巨噬age亚群（M1-M6）的极化影响，其中hi-GelMA促进M1/M4表达，而lo-GelMA诱导M5/M3上调。
• 空间转录组学技术（如10× Visium）可实现细胞类型的空间定位，解析生物材料诱导的ECM组织、成骨相关基因的空间表达模式。
• RNA velocity分析结合Pseudotime可追踪干细胞向成骨细胞的分化路径，揭示生物材料促进骨再生的新机制。
• 整合scRNA-seq与空间组学数据可构建细胞通讯网络，识别生物材料-细胞信号轴（如PI3K-Akt通路），为个性化材料设计提供理论基础。