伯豪再添空間組學(xué)利器Xenium亞細(xì)胞空間原位分析技術(shù)

空間組學(xué)技術(shù)能夠獲取組織切片上不同位置細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，解析轉(zhuǎn)錄本在組織的不同空間位置的表達(dá)特征。自從空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)（Spatial Transcriptomics）榮獲 Nature Methods 2020 年 “年度技術(shù)” 之后，其研究熱度與日俱增，發(fā)表的文章更是呈爆發(fā)式增長。此外，隨著研究熱度的持續(xù)高漲，針對(duì)空間組學(xué)研究的新技術(shù)，新儀器近年來也在不斷推陳出新，這進(jìn)一步促進(jìn)了研究發(fā)展。2023年空間組學(xué)再獲殊榮，成為《World Economic Forum》評(píng)選出的目前最有潛力、對(duì)世界產(chǎn)生積極影響的十大技術(shù)之一。
 

目前10x Genomics的Visium技術(shù)是較為主流的商業(yè)化空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，其發(fā)文量也最多。Visium結(jié)合顯微成像和測序技術(shù)在獲得基因表達(dá)數(shù)據(jù)的同時(shí)最大程度的保留樣本的空間位置信息。伯豪生物基于Visium技術(shù)已領(lǐng)先推出了可滿足幾乎所有物種的新鮮冷凍組織（FF）、人和小鼠的石蠟包埋組織（FFPE）的空間轉(zhuǎn)錄組全面解決方案。隨著項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的積累，目前已經(jīng)為廣大科研工作者提供了數(shù)千例包含各種組織類型的FF和FFPE樣本的空轉(zhuǎn)技術(shù)服務(wù)。
 

Visium技術(shù)的局限性在于檢測分辨率不是真正意義上的單細(xì)胞水平，而是檢測芯片上每個(gè)spot（55um）中的基因表達(dá)信息（每個(gè)spot大約捕獲5-10個(gè)細(xì)胞）。需求是創(chuàng)新的根本動(dòng)力，伯豪生物持續(xù)關(guān)注最新科研動(dòng)態(tài)及前沿技術(shù)進(jìn)展，近日重磅推出空間組學(xué)研究最新解決方案——Xenium亞細(xì)胞空間原位分析技術(shù)！與Visium相比，該技術(shù)極大地提高了空間上的分辨率，能夠原位捕獲RNA及蛋白分子在單細(xì)胞/亞細(xì)胞水平的的表達(dá)信息。下面小編將對(duì)這一技術(shù)做詳細(xì)介紹。
 

Xenium 原位分析技術(shù)不需要NGS測序，而是直接通過多輪熒光成像的方式，可以在新鮮冷凍（FF）組織或福爾馬林固定石蠟包埋（FFPE）組織樣本中，以單細(xì)胞/亞細(xì)胞分辨率，對(duì)數(shù)百個(gè)RNA靶點(diǎn)進(jìn)行高靈敏度、高特異性檢測，實(shí)現(xiàn)在亞細(xì)胞分辨率水平檢測靶基因在組織原位中的表達(dá)。針對(duì)不同組織類型和研究方向，可靈活定制需要檢測的靶向基因（Panel）。目前Xenium可以靶向檢測的基因數(shù)目為300~500，在未來，Xenium將實(shí)現(xiàn)1000個(gè)靶向基因（甚至更高）的檢測，并且還將會(huì)兼容組織原位蛋白質(zhì)的檢測。
 

Xenium 采用掛鎖式探針，探針由兩端基因特異性序列結(jié)構(gòu)和中部熒光探針特異性雜交位點(diǎn)構(gòu)成。探針與組織樣本原位RNA雜交過程中，僅當(dāng)兩端特異性序列精確匹配形成掛鎖結(jié)構(gòu)，方可連接成環(huán)進(jìn)行滾環(huán)擴(kuò)增，形成帶有高密度熒光探針特異性序列團(tuán)。再通過多輪熒光探針雜交成像，形成原位熒光信號(hào)序列，解碼熒光序列即可獲得該位置所屬基因。不同基因探針濃度會(huì)根據(jù)表達(dá)量微調(diào)，使靶基因檢測具有較好的靈敏度和特異性。
 

首先將FF或FFPE組織切片放置在Xenium的載玻片上，然后對(duì)組織切片進(jìn)行透化或脫蠟/解交聯(lián)等處理，接下來用可環(huán)化的DNA探針與顯露的RNA進(jìn)行雜交。由于獨(dú)特的探針結(jié)構(gòu)，雜交探針連接到目標(biāo)RNA片段后形成環(huán)狀DNA探針，后續(xù)可進(jìn)行滾環(huán)擴(kuò)增，增加拷貝數(shù)。接著將載玻片放入Xenium分析儀中，樣本在其中經(jīng)過連續(xù)幾輪的熒光探針雜交、成像和去除，產(chǎn)生明亮、易于成像且高信噪比的信號(hào)。下一步生成每個(gè)基因特異性的熒光特征條碼，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基因的定位和識(shí)別。最后，使用細(xì)胞核和細(xì)胞形態(tài)信息來鑒定組織切片上的細(xì)胞邊界，并將細(xì)胞邊界信息映射到RNA表達(dá)圖像上，根據(jù)位置坐標(biāo)將轉(zhuǎn)錄本分配給每個(gè)細(xì)胞，從而構(gòu)建出整張組織切片上亞細(xì)胞水平的空間圖譜。
 

高靈敏性、高特異性：獨(dú)特的掛鎖式探針設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了檢測的靈敏性和特異性。

高分辨率：結(jié)合原位顯微成像的檢測方法，實(shí)現(xiàn)亞細(xì)胞水平的原位基因表達(dá)分析，大大提高了空間組學(xué)分辨率。

高通量：Xenium載玻片的成像區(qū)域大小為12mm x 24mm，一次上機(jī)可并行檢測兩張玻片；滿足橫截面較大組織研究需求的同時(shí)，也可以在一張玻片上檢測多張組織切片；目前每張切片可完成數(shù)百個(gè)靶基因的分析，后期將可實(shí)現(xiàn)1000個(gè)靶基因的檢測。

高靈活性：多種預(yù)制Panel可選，也可添加定制多達(dá)100個(gè)靶基因，滿足特定研究的個(gè)性化需求。

高樣本兼容性：能夠識(shí)別短或高度降解的轉(zhuǎn)錄本，可兼容新鮮冷凍樣本(FF)，福爾馬林固定石蠟包埋樣本(FFPE)及組織矩陣樣品(TMA)等各類常見臨床轉(zhuǎn)化樣品類型。

非破壞性：Xenium的非破壞性分析能夠在運(yùn)行后保持組織形態(tài)完整性，可在同一張新鮮冷凍或FFPE切片上獲得RNA、IF和形態(tài)學(xué)（H&E）信息，與組織病理學(xué)研究無縫整合。

總之，有了Xenium技術(shù)，研究人員就可以利用Xenium技術(shù)，以單分子亞細(xì)胞分辨率來解析較大的組織區(qū)域中關(guān)注的數(shù)百個(gè)靶基因的空間定位及表達(dá)特征。
 

▪ Visium是結(jié)合顯微成像和測序技術(shù)，不需要先驗(yàn)知識(shí)可以進(jìn)行無偏的轉(zhuǎn)錄本檢測；Xenium不再依賴測序平臺(tái)，直接通過原位顯微成像技術(shù)檢測靶RNA的信息。

▪ Visium 的空間分辨率是55微米，不能達(dá)到單細(xì)胞的水平；Xenium 的光學(xué)分辨率是 0.2 微米，它的分辨率可以精確到單個(gè)細(xì)胞水平，甚至可以精確到亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

▪ Visium 與Xenium都能夠?qū)π迈r冷凍組織（FF）和石蠟包埋組織（FFPE）樣本進(jìn)行檢測。Visium檢測整張切片的全轉(zhuǎn)錄組，一次能檢測到上萬個(gè)基因，而Xenium是靶向檢測，目前只能檢測數(shù)百個(gè)靶基因。

▪ Visium 與Xenium都可以獨(dú)立使用，但是強(qiáng)烈推薦這兩種技術(shù)與單細(xì)胞測序技術(shù)聯(lián)合，以獲取更高分辨率和通量的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞水平的空間組學(xué)研究，這樣可以精準(zhǔn)分析細(xì)胞間互作及分子調(diào)控機(jī)制。