自從空間轉錄組學技術被Nature評為2020“年度技術”以來，空間轉錄組學方法推動了生命科學的諸多關鍵發(fā)現(xiàn)，確立了其作為深入表征驅動健康發(fā)育、疾病發(fā)病機制、治療反應等的細胞和分子事件的必要工具。

你是否對空間轉錄組學技術的前景十分感興趣，但對這項技術還心存疑問？例如：如何確保它是針對特定研究問題的適當且可行的解決方案？如何在日漸增長空間轉錄組學技術工具中找到最適合你課題研究的那一個?不妨一起來看看組織和空間生物學專家是怎么說的。

#01

從問題出發(fā)

和計劃任何實驗的方法一樣，從問題出發(fā)才能夠使你更好地找到一種深入研究的方法。

胰腺瘤內異質性如何影響治療反應?

急性呼吸窘迫綜合征炎癥的細胞和分子驅動因素是什么?

人子宮內膜的結構在月經(jīng)期間是如何變化的?

……

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

除了闡明細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雜組織網(wǎng)絡中細胞之間的關系。特定細胞類型和組織結構本身的共定位如何影響細胞功能和生物學結果?以腫瘤微環(huán)境為例，是什么原因導致一個細胞入侵腫瘤，而另一個細胞仍然被排除在外?“基于這些問題，實際上，你需要看到一個細胞會入侵和另一個細胞不會入侵之間的差異，”這需要在它們的形態(tài)背景下觀察細胞。

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

 

#02

填補方法上的空白

對進行空間實驗的興趣可能是由于其他技術限制或需要在空間環(huán)境中為特定研究問題找到新的分析物。為了更好地回答這些問題，定義你希望從空間技術中尋找的技術能力是很重要的。例如:

你需要獲取什么樣的分析物--RNA還是蛋白質?

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題?

看整個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家的談話：

“我問他，為什么你要做空間轉錄組學，為什么你現(xiàn)在要進入這個領域?他說：‘嗯，因為我必須這么做。我要看看發(fā)生了什么。bulk RNA-seq不能得到我想要的結果，所以我要用空間序列。’他的這些細胞在蛋白質水平上看起來完全一樣。但有些能夠侵入(腫瘤)，有些不能，所以他說，‘現(xiàn)在我想研究RNA水平。’”

從另一個實驗的角度進行一個空間實驗來完善你已經(jīng)知道的某個生物系統(tǒng)也可能是必要的。數(shù)據(jù)整合方法可以讓研究人員結合單細胞和空間轉錄組數(shù)據(jù)來構建該組織的更完整的輪廓。Leone博士說：“這實際上是利用空間數(shù)據(jù)和單細胞數(shù)據(jù)來了解生物學上到底發(fā)生了什么。”

 

#03

組織類型值得關注

當考慮空間轉錄組學方法時，你感興趣的組織也十分值得關注。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，因為一些空間溶液的化學性質將與任何物種相容，而另一些可能只與少數(shù)物種相容。這也適用于組織治療。組織制備的方式會對分析物（如RNA）和整體數(shù)據(jù)質量產生影響。

 

#04

關于空間技術的常見問題

在正式開展課題前，一起來看看其他研究人員是如何找到他們關于空間技術問題的答案的。

 

我能hold住整個工作流程么？

研究組織是一個不小的壯舉，以組織為中心的空間測序工作流程有很多不同的方面，比如組織染色和顯微鏡，這對許多研究人員來說可能是前所未有的。除了前期組織和片子準備，還需善于建庫和測序。Leone博士說，成功進行這種空間實驗的關鍵是合作。每個研究人員都有其擅長和不擅長的領域。因此，團隊協(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，但他們知道如何進行顯微鏡檢查�；蛘咚麄冇星懈罱M織的專業(yè)知識，但他們對分子生物學一無所知。所以我經(jīng)常解釋說，‘我們現(xiàn)在正處于一個非�？岬目茖W階段，我們正在結合三種非常不同的模式來創(chuàng)建這個驚人的數(shù)據(jù)集。我們正在將組織學和影像學結合起來，這是它們各自的領域，現(xiàn)在我們也加入了分子生物學。”

從Leone博士的角度來看，前沿數(shù)據(jù)集的回報讓與其他科學家建立聯(lián)系以建立工作流程的努力變得更加有價值：“我們可以利用所有這些模式和其他人的專業(yè)知識來得出這些數(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，面對新工作流程的挑戰(zhàn)，有兩種可能的應對方法。“一些研究人員可能會說，‘我不知道這是什么，我不會做的。’”或者，一些研究人員屬于過度自信但準備不足的那一類：“所以他們會說，‘好吧，我不了解組織，’然后他們就去做，這是一場災難。”

當然，這并不意味著不鼓勵嘗試。Leone博士強調，“到2030年，這可能會成為主流，但在今天，它已經(jīng)相當先進了。你正在使用一種先進的技術，但考慮到產生這些數(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？

這是一個非常重要的問題，需要在開始空間實驗之前進行前期工作，以確保擁有適當?shù)臄?shù)據(jù)分析工具和工作流程。在空間測序數(shù)據(jù)中尋找發(fā)現(xiàn)可能需要與經(jīng)驗豐富的生物信息學家合作。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提供的數(shù)據(jù)分析平臺，你可以使用它們進行分析。事實上，數(shù)據(jù)分析工具的可用性和支持可能是評價空間技術的一個重要方面。

不妨花點時間來探索一些空間基因表達數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)是如何可視化的?可視化工具是否直觀、易于使用和導航?是否有明確的技術培訓和支持渠道?在做出關于平臺的決定之前，你應該確信自己能夠獲得所需的幫助。

 

#05

利用空間轉錄組學克服研究障礙

在進入空間轉錄組學領域之前，你需要考慮的最重要的問題之一是，使用這項技術是否會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如何幫助回答你的問題?當你看到其他研究人員如何利用空間基因表達技術來進行新發(fā)現(xiàn)和推進他們的研究項目時，你可能會理解這一點。

或者，錯過空間背景會如何影響你的研究進展? Leone博士重新闡述了同樣的考慮：“如果我們不看看你的T細胞和癌細胞的位置，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——或者我們在單細胞圖譜上看到所有這些東西，但如果我們不能看到細胞之間的相對位置，我們就會丟失大量信息。”

這種影響也可能不局限于一個實驗，而是局限于你更廣泛的研究項目和你想問的問題的進展。Leone博士繼續(xù)說：“我想我們都知道，如果你知道東西之間的距離，你就能設計出更好的后續(xù)問題。因為做空間實驗并不是結束。這僅僅是個開始。這對你接下來要問的問題有什么影響呢?”