空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)開展課題研究的優(yōu)勢

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

你是否對空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)的前景十分感興趣，但對這項技術(shù)還心存疑問？例如：如何確保它是針對特定研究問題的適當(dāng)且可行的解決方案？如何在日漸增長空間轉(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?不妨一起來看看組織和空間生物學(xué)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(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)盟來捕捉空間技術(shù)的一個重要應(yīng)用：“現(xiàn)在我們知道每個器官中有什么細(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�細(xì)胞入侵腫瘤，而另一個細(xì)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(xì)胞會入侵和另一個細(xì)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(xì)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(jìn)行空間實驗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(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(xué)家的談話：

“我問他，為什么你要做空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)，為什么你現(xiàn)在要進(jìn)入這個領(lǐng)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(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(jìn)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(jié)合單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來構(gòu)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(xì)胞數(shù)據(jù)來了解生物學(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，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(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。組織制備的方式會對分析物（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(guān)于空間技術(shù)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(zhǔn)備，還需善于建庫和測序。Leone博士說，成功進(jìn)行這種空間實驗的關(guān)鍵是合作。每個研究人員都有其擅長和不擅長的領(lǐng)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(jìn)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(xué)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(xué)階段，我們正在結(jié)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(xué)和影像學(xué)結(jié)合起來，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博士的角度來看，前沿數(shù)據(jù)集的回報讓與其他科學(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(yīng)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(zhǔn)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(zāi)難。”

當(dāng)然，這并不意味著不鼓勵嘗試。Leone博士強調(diào)，“到2030年，這可能會成為主流，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？

這是一個非常重要的問題，需要在開始空間實驗之前進(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(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提供的數(shù)據(jù)分析平臺，你可以使用它們進(jìn)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(shù)的一個重要方面。

不妨花點時間來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題之一是，使用這項技術(shù)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(dá)如何幫助回答你的問題?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)來進(jìn)行新發(fā)現(xiàn)和推進(jìn)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(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)——或者我們在單細(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(jìn)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(shè)計出更好的后續(xù)問題。因為做空間實驗并不是結(jié)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?”