自從空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)被Nature評(píng)為2020“年度技術(shù)”以來(lái)，空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法推動(dòng)了生命科學(xué)的諸多關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，確立了其作為深入表征驅(qū)動(dòng)健康發(fā)育、疾病發(fā)病機(jī)制、治療反應(yīng)等的細(xì)胞和分子事件的必要工具。

你是否對(duì)空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)的前景十分感興趣，但對(duì)這項(xiàng)技術(shù)還心存疑問(wèn)？例如：如何確保它是針對(duì)特定研究問(wèn)題的適當(dāng)且可行的解決方案？如何在日漸增長(zhǎng)空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)工具中找到最適合你課題研究的那一個(gè)?不妨一起來(lái)看看組織和空間生物學(xué)專家是怎么說(shuō)的。

#01

從問(wèn)題出發(fā)

和計(jì)劃任何實(shí)驗(yàn)的方法一樣，從問(wèn)題出發(fā)才能夠使你更好地找到一種深入研究的方法。

胰腺瘤內(nèi)異質(zhì)性如何影響治療反應(yīng)?

急性呼吸窘迫綜合征炎癥的細(xì)胞和分子驅(qū)動(dòng)因素是什么?

人子宮內(nèi)膜的結(jié)構(gòu)在月經(jīng)期間是如何變化的?

……

有許多研究用例非常適合空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)。Melissa Leone博士引用了著名的人類細(xì)胞圖譜聯(lián)盟來(lái)捕捉空間技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用：“現(xiàn)在我們知道每個(gè)器官中有什么細(xì)胞，但它們位于哪里?”

除了闡明細(xì)胞在器官中存在的位置之外，Leone博士還指出，一些研究試圖確定復(fù)雜組織網(wǎng)絡(luò)中細(xì)胞之間的關(guān)系。特定細(xì)胞類型和組織結(jié)構(gòu)本身的共定位如何影響細(xì)胞功能和生物學(xué)結(jié)果?以腫瘤微環(huán)境為例，是什么原因?qū)е乱粋�(gè)細(xì)胞入侵腫瘤，而另一個(gè)細(xì)胞仍然被排除在外?“基于這些問(wèn)題，實(shí)際上，你需要看到一個(gè)細(xì)胞會(huì)入侵和另一個(gè)細(xì)胞不會(huì)入侵之間的差異，”這需要在它們的形態(tài)背景下觀察細(xì)胞。

你的研究問(wèn)題屬于這些用例中的任何一個(gè)嗎?弄清這些問(wèn)題將幫助你的課題研究有一個(gè)良好的開始。

 

#02

填補(bǔ)方法上的空白

對(duì)進(jìn)行空間實(shí)驗(yàn)的興趣可能是由于其他技術(shù)限制或需要在空間環(huán)境中為特定研究問(wèn)題找到新的分析物。為了更好地回答這些問(wèn)題，定義你希望從空間技術(shù)中尋找的技術(shù)能力是很重要的。例如:

你需要獲取什么樣的分析物--RNA還是蛋白質(zhì)?

你需要什么樣的分辨率才能有效地可視化組織環(huán)境中的分析物?

你是否需要獲得多種分析物以更好地解決問(wèn)題?

看整個(gè)組織切片還是只看一小塊感興趣的區(qū)域更容易找到你要找的東西?

……

繼續(xù)以腫瘤微環(huán)境為例，Leone博士回憶了最近與一位病理學(xué)家的談話：

“我問(wèn)他，為什么你要做空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)，為什么你現(xiàn)在要進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域?他說(shuō)：‘嗯，因?yàn)槲冶仨氝@么做。我要看看發(fā)生了什么。bulk RNA-seq不能得到我想要的結(jié)果，所以我要用空間序列。’他的這些細(xì)胞在蛋白質(zhì)水平上看起來(lái)完全一樣。但有些能夠侵入(腫瘤)，有些不能，所以他說(shuō)，‘現(xiàn)在我想研究RNA水平。’”

從另一個(gè)實(shí)驗(yàn)的角度進(jìn)行一個(gè)空間實(shí)驗(yàn)來(lái)完善你已經(jīng)知道的某個(gè)生物系統(tǒng)也可能是必要的。數(shù)據(jù)整合方法可以讓研究人員結(jié)合單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建該組織的更完整的輪廓。Leone博士說(shuō)：“這實(shí)際上是利用空間數(shù)據(jù)和單細(xì)胞數(shù)據(jù)來(lái)了解生物學(xué)上到底發(fā)生了什么。”

 

#03

組織類型值得關(guān)注

當(dāng)考慮空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法時(shí)，你感興趣的組織也十分值得關(guān)注。哪一種空間試劑符合你得到的組織樣本?相容性將由組織來(lái)源的物種和器官以及切除后的組織處理方式?jīng)Q定。通常，組織將被新鮮冷凍或福爾馬林固定，石蠟包埋(FFPE)。

這些是特別重要的考慮因素，因?yàn)橐恍┛臻g溶液的化學(xué)性質(zhì)將與任何物種相容，而另一些可能只與少數(shù)物種相容。這也適用于組織治療。組織制備的方式會(huì)對(duì)分析物（如RNA）和整體數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生影響。

 

#04

關(guān)于空間技術(shù)的常見問(wèn)題

在正式開展課題前，一起來(lái)看看其他研究人員是如何找到他們關(guān)于空間技術(shù)問(wèn)題的答案的。

 

我能hold住整個(gè)工作流程么？

研究組織是一個(gè)不小的壯舉，以組織為中心的空間測(cè)序工作流程有很多不同的方面，比如組織染色和顯微鏡，這對(duì)許多研究人員來(lái)說(shuō)可能是前所未有的。除了前期組織和片子準(zhǔn)備，還需善于建庫(kù)和測(cè)序。Leone博士說(shuō)，成功進(jìn)行這種空間實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是合作。每個(gè)研究人員都有其擅長(zhǎng)和不擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。因此，團(tuán)隊(duì)協(xié)作很重要。

 

Leone博士解釋道：

“‘我要在哪里完成這些工作?“一些研究人員不知道如何切割組織，但他們知道如何進(jìn)行顯微鏡檢查。或者他們有切割組織的專業(yè)知識(shí)，但他們對(duì)分子生物學(xué)一無(wú)所知。所以我經(jīng)常解釋說(shuō)，‘我們現(xiàn)在正處于一個(gè)非常酷的科學(xué)階段，我們正在結(jié)合三種非常不同的模式來(lái)創(chuàng)建這個(gè)驚人的數(shù)據(jù)集。我們正在將組織學(xué)和影像學(xué)結(jié)合起來(lái)，這是它們各自的領(lǐng)域，現(xiàn)在我們也加入了分子生物學(xué)。”

從Leone博士的角度來(lái)看，前沿?cái)?shù)據(jù)集的回報(bào)讓與其他科學(xué)家建立聯(lián)系以建立工作流程的努力變得更加有價(jià)值：“我們可以利用所有這些模式和其他人的專業(yè)知識(shí)來(lái)得出這些數(shù)據(jù)，這是非常驚人的。所有這些工作都是值得的。”

Leone博士還提醒道，面對(duì)新工作流程的挑戰(zhàn)，有兩種可能的應(yīng)對(duì)方法。“一些研究人員可能會(huì)說(shuō)，‘我不知道這是什么，我不會(huì)做的。’”或者，一些研究人員屬于過(guò)度自信但準(zhǔn)備不足的那一類：“所以他們會(huì)說(shuō)，‘好吧，我不了解組織，’然后他們就去做，這是一場(chǎng)災(zāi)難。”

當(dāng)然，這并不意味著不鼓勵(lì)嘗試。Leone博士強(qiáng)調(diào)，“到2030年，這可能會(huì)成為主流，但在今天，它已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)了。你正在使用一種先進(jìn)的技術(shù)，但考慮到產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)所涉及的一切。值得做的事情。它值得你付出一些努力。”

 

我能搞定數(shù)據(jù)分析么？

這是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，需要在開始空間實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行前期工作，以確保擁有適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)分析工具和工作流程。在空間測(cè)序數(shù)據(jù)中尋找發(fā)現(xiàn)可能需要與經(jīng)驗(yàn)豐富的生物信息學(xué)家合作。但這不是你唯一的選擇。除了商業(yè)空間解決方案之外，還有許多第三方工具和免費(fèi)提供的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，你可以使用它們進(jìn)行分析。事實(shí)上，數(shù)據(jù)分析工具的可用性和支持可能是評(píng)價(jià)空間技術(shù)的一個(gè)重要方面。

不妨花點(diǎn)時(shí)間來(lái)探索一些空間基因表達(dá)數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)是如何可視化的?可視化工具是否直觀、易于使用和導(dǎo)航?是否有明確的技術(shù)培訓(xùn)和支持渠道?在做出關(guān)于平臺(tái)的決定之前，你應(yīng)該確信自己能夠獲得所需的幫助。

 

#05

利用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)克服研究障礙

在進(jìn)入空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)領(lǐng)域之前，你需要考慮的最重要的問(wèn)題之一是，使用這項(xiàng)技術(shù)是否會(huì)顯著影響你目前面臨的研究障礙。在組織環(huán)境中讀出的基因表達(dá)如何幫助回答你的問(wèn)題?當(dāng)你看到其他研究人員如何利用空間基因表達(dá)技術(shù)來(lái)進(jìn)行新發(fā)現(xiàn)和推進(jìn)他們的研究項(xiàng)目時(shí)，你可能會(huì)理解這一點(diǎn)。

或者，錯(cuò)過(guò)空間背景會(huì)如何影響你的研究進(jìn)展? Leone博士重新闡述了同樣的考慮：“如果我們不看看你的T細(xì)胞和癌細(xì)胞的位置，我們就不知道在相互作用中發(fā)生了什么。如果我們看到它真的很遠(yuǎn)——或者我們?cè)趩渭?xì)胞圖譜上看到所有這些東西，但如果我們不能看到細(xì)胞之間的相對(duì)位置，我們就會(huì)丟失大量信息。”

這種影響也可能不局限于一個(gè)實(shí)驗(yàn)，而是局限于你更廣泛的研究項(xiàng)目和你想問(wèn)的問(wèn)題的進(jìn)展。Leone博士繼續(xù)說(shuō)：“我想我們都知道，如果你知道東西之間的距離，你就能設(shè)計(jì)出更好的后續(xù)問(wèn)題。因?yàn)樽隹臻g實(shí)驗(yàn)并不是結(jié)束。這僅僅是個(gè)開始。這對(duì)你接下來(lái)要問(wèn)的問(wèn)題有什么影響呢?”