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CosMx SMI實(shí)現(xiàn)全轉(zhuǎn)錄組18000+基因檢測(cè)

瀏覽次數(shù):44 發(fā)布日期:2025-1-14  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
近日,Bruker-NanoString團(tuán)隊(duì)在bioRxiv預(yù)印本上發(fā)表了一篇題為“使用空間分子成像技術(shù)對(duì)人FFPE組織進(jìn)行整體編碼蛋白基因亞細(xì)胞成像”的文章,研究人員使用CosMx Whole Transcriptome空間分子成像對(duì)不同F(xiàn)FPE組織及細(xì)胞系的基因表達(dá)實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞分辨率成像及分析。
 
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單細(xì)胞分析技術(shù)顯著提升了對(duì)生物系統(tǒng)的理解,揭示了組織結(jié)構(gòu)、病理變化和治療響應(yīng)中的細(xì)胞異質(zhì)性,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄組中因信號(hào)平均化而掩蓋復(fù)雜性的不足。單細(xì)胞RNA分析包括測(cè)序和成像兩種方法,前者可全面捕獲基因表達(dá)譜,但需解離組織,導(dǎo)致細(xì)胞環(huán)境破壞及空間信息丟失;后者通過熒光標(biāo)記實(shí)現(xiàn)亞細(xì)胞級(jí)定位,可保留空間信息,但多重檢測(cè)能力有限,難以覆蓋全轉(zhuǎn)錄組。近年來,空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)結(jié)合了空間信息與高通量能力,雖彌補(bǔ)部分不足,但在基因定位和單細(xì)胞邊界劃分方面仍存挑戰(zhàn)

為此,CosMx Whole Transcriptome(WTx)技術(shù)孕育而生,可在CosMx空間分子成像儀(SMI)上以單分子分辨率檢測(cè)18,936種人類編碼基因,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)錄組深度與空間信息的結(jié)合,并顯著提升了多重檢測(cè)能力。這項(xiàng)技術(shù)在多種復(fù)雜樣本中驗(yàn)證有效,包括難以處理的FFPE組織。CosMx WTx為在完整組織環(huán)境中研究細(xì)胞行為提供了高通量、分辨率和性價(jià)比,開辟了生物發(fā)現(xiàn)與治療干預(yù)的新途徑。

01 CosMx WTx檢測(cè)在人體FFPE組織樣本中的性能表現(xiàn)

為評(píng)估CosMx WTx檢測(cè)在人體FFPE組織樣本中的性能,研究分析了結(jié)腸、胰腺、皮膚、腎臟、乳腺、大腦6種不同組織類型的5 µm FFPE切片,平均面積為99.99 ± 13.84 mm²,生成了每個(gè)組織中平均450,109 ± 154,610個(gè)帶空間信息的單細(xì)胞。

通過核、細(xì)胞體和細(xì)胞膜的標(biāo)記物進(jìn)行細(xì)胞分割,如胰腺細(xì)胞的平均大小為71.99 µm²,而海馬區(qū)細(xì)胞為167.76 µm²,符合組織特定細(xì)胞大小的常規(guī)認(rèn)知。6種組織中檢測(cè)到的基因數(shù)在8,392到15,960之間,其中6,647個(gè)基因在所有組織中均被檢測(cè)到,而每種組織中有106到843個(gè)基因?yàn)樘禺愋员磉_(dá)。每個(gè)細(xì)胞中檢測(cè)到的轉(zhuǎn)錄本中位數(shù)為1,556(各組織范圍為965-2,248),基因的中位數(shù)為905(范圍為627-1,252)?傮w而言,WTx能夠在各種人體FFPE組織中以單細(xì)胞分辨率捕獲1 cm x 1 cm區(qū)域內(nèi)的基因表達(dá)。

單細(xì)胞區(qū)域的全轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)

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02 空間全轉(zhuǎn)錄組技術(shù)與單細(xì)胞RNA測(cè)序的對(duì)比測(cè)試

為比較CosMx WTx檢測(cè)與scRNA-seq的性能,研究分析了同一FFPE結(jié)直腸癌組織塊的相鄰切片。Flex scRNA-seq處理兩卷25 μm厚切片后,最終生成6,257個(gè)細(xì)胞的數(shù)據(jù)集,而CosMx WTx用一張5 μm切片成功分割了493,929個(gè)細(xì)胞,解析細(xì)胞總數(shù)顯著高于前者。CosMx WTx檢測(cè)的轉(zhuǎn)錄本數(shù)量和基因分布更加均勻,優(yōu)于scRNA-seq因潛在的多細(xì)胞捕獲導(dǎo)致的分析混淆及檢測(cè)效率。此外,CosMx WTx準(zhǔn)確反映了組織細(xì)胞組成,而scRNA-seq因解離過程中難以處理密集或不規(guī)則細(xì)胞,導(dǎo)致某些細(xì)胞類型缺失?傮w而言,CosMx WTx在單細(xì)胞解析和細(xì)胞組成保真度上具有顯著優(yōu)勢(shì)。

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CosMx WTx與單細(xì)胞RNA測(cè)序在FFPE結(jié)腸癌組織中的性能比較

03 CosMx WTx在培養(yǎng)細(xì)胞中的應(yīng)用

為在培養(yǎng)細(xì)胞中應(yīng)用CosMx WTx全轉(zhuǎn)錄組檢測(cè),研究采用了一種優(yōu)化的樣本制備方案,省略了熱誘導(dǎo)回收步驟,并用溫和的GluC蛋白酶替代了非選擇性的蛋白酶K降解。研究發(fā)現(xiàn),CosMx WTx在培養(yǎng)細(xì)胞中的表現(xiàn)優(yōu)于FFPE組織,檢測(cè)到的轉(zhuǎn)錄本數(shù)量明顯更多,這可能與RNA質(zhì)量較高、細(xì)胞內(nèi)交聯(lián)較少及高對(duì)比度的形態(tài)染色有關(guān)。例如,在HEK293T、SH-SY5Y和U2OS細(xì)胞系中,每個(gè)細(xì)胞分別檢測(cè)到5,849、1,866和7,294個(gè)轉(zhuǎn)錄本。CosMx WTx還能夠精準(zhǔn)地進(jìn)行細(xì)胞聚類和類型劃分,每個(gè)細(xì)胞系在UMAP空間中呈現(xiàn)出明顯的差異,并且通過特異性的轉(zhuǎn)錄組特征對(duì)每個(gè)細(xì)胞系進(jìn)行準(zhǔn)確注釋。CosMx WTx顯著提高了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄本定位的數(shù)據(jù)密度。為處理數(shù)百萬個(gè)細(xì)胞和數(shù)十億個(gè)轉(zhuǎn)錄本,CosMx SMI將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至基于云的AtoMx空間信息平臺(tái)(SIP),該平臺(tái)能自動(dòng)擴(kuò)展CPU、GPU和內(nèi)存,以處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集。

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CosMx WTx在培養(yǎng)細(xì)胞中的性能

 
04
 CosMx WTx檢測(cè)在結(jié)直腸癌中的應(yīng)用  


為了展示CosMx WTx檢測(cè)的細(xì)胞分辨率、靈敏度和空間分析能力,研究分析了結(jié)腸腺癌FFPE切片的493,834個(gè)細(xì)胞。通過對(duì)414,005個(gè)通過質(zhì)量控制的細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞類型分析,利用PROGENy數(shù)據(jù)庫(kù)和LIANA+ Python包,研究發(fā)現(xiàn)腫瘤巢內(nèi)存在EGFR、TGF-beta和VEGF通路的富集。同時(shí),TNF相關(guān)的TRAIL通路減弱,表明腫瘤表現(xiàn)出侵襲性特征。此外,腫瘤邊緣的MAPK通路富集也進(jìn)一步表明腫瘤的侵襲性。在腫瘤內(nèi)部,通過局部配體-受體分析發(fā)現(xiàn)細(xì)胞粘附、遷移和增殖方面存在空間限制差異。整體來看,腫瘤的不同區(qū)域表現(xiàn)出不同的通訊模式和微環(huán)境特征。

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結(jié)腸癌腫瘤內(nèi)的空間異質(zhì)性

 
總結(jié)與展望 


CosMx WTx全轉(zhuǎn)錄組檢測(cè)是空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)領(lǐng)域的重要里程碑,通過原位成像方式即可實(shí)現(xiàn)全面的全轉(zhuǎn)錄組覆蓋和單細(xì)胞分辨率。這項(xiàng)研究展示了可擴(kuò)展的無酶雜交條形碼技術(shù),結(jié)合寬視場(chǎng)光學(xué)、低容量微流控技術(shù)、抗體標(biāo)記的細(xì)胞形態(tài)識(shí)別以及自適應(yīng)計(jì)算算法,提供了超高單細(xì)胞靈敏度和單細(xì)胞空間精度,具有潛在的變革性價(jià)值,為生物醫(yī)學(xué)研究和診斷提供了新工具。

以下是CosMx WTx的主要特性和應(yīng)用:
1) 高分辨率、高通量數(shù)據(jù)輸出
2) 自適應(yīng)解碼算法提升數(shù)據(jù)質(zhì)量
3) FFPE樣品中細(xì)胞和轉(zhuǎn)錄本檢出率顯著提高
4) 廣泛適用于各種組織類型
5) 轉(zhuǎn)錄本檢測(cè)具有高動(dòng)態(tài)范圍
6) 完整覆蓋空間解析途徑及配體-受體分析
7) 基于云的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理與共享


CosMx WTx測(cè)定重新定義了單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的邊界,解決了現(xiàn)有技術(shù)的局限,真正意義上實(shí)現(xiàn)了全基因組的單細(xì)胞空間研究需求,預(yù)計(jì) 2025 年可投入使用。未來,它有可能擴(kuò)展至多組學(xué)分析,結(jié)合蛋白質(zhì)及其他生物分子標(biāo)記,以更全面地揭示細(xì)胞狀態(tài)和組織結(jié)構(gòu)。這一平臺(tái)不僅將提升當(dāng)前的研究水平,還將推動(dòng)新發(fā)現(xiàn)和轉(zhuǎn)化應(yīng)用,設(shè)立單細(xì)胞和空間分析的新標(biāo)準(zhǔn)。

來源:上海生物芯片有限公司
聯(lián)系電話:400-100-2131
E-mail:marketing@shbiochip.com

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