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新鲜冰冻组织空间转录组测序

新鲜冰冻组织空间转录组测序

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案例解析
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Q&A

  技术原理

  当冰冻组织切片放置在带有spatial barcode的Visium 芯片的捕获区域内,进行HE染色和成像后,顺利获得组织透化,细胞内的mRNA释放,被芯片上带有oligo-dT的探针捕获。被捕获的mRNA开始逆转录,得到的cDNA中包含spatial barcode序列,构建文库后顺利获得测序,可以将mRNA转录的序列映射到组织中的原始位置,从而取得基因表达的位置信息。

  Visim空间转录组的核心在于芯片部分:正式文库构建的芯片上有4个捕获区域,每个捕获区域约含有5,000个spot,每个spot能捕获1~10个细胞,spot与spot中心点之间的距离为100μm,每个spot 含有上百万个可以与mRNA结合的捕获探针,且每个探针上含有独一无二的条形码(spatial barcode)来标记空间位置信息。

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空间转录组基因表达芯片原理

 

  样本类型

  可用于组织切片的OCT包埋样本(骨组织等样本不可用)

 

  实验流程

 

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空间转录组测序实验流程

 

分析流程

  空间转录组测序分析流程

 

应用方向

  a.肿瘤异质性;

  b.组织形态学;

  c.组织发育机制;

  d.治疗干预反应;

  e.生物标志物发现;

  f.细胞图谱。

 

  产品优势

  a.全面分析疾病复杂性

  b.发现新的生物标志物,鉴定新的细胞类型和状态

  c.定位细胞图谱的空间结构

  d.识别时空基因表达模式

  案例一  鼻息肉中CD8+T细胞调控中性粒细胞炎症的新机制(客户文章)

  慢性鼻窦炎伴鼻息肉(CRSwNP)是一种多因素异质性疾病,其特征是鼻窦黏膜的慢性炎症反应,最终导致鼻息肉(NP)的形成。近十年来,针对慢性鼻窦炎伴鼻息肉(CRSwNP)的发病机制研究取得了显著进展,以2型炎症为靶点的生物制剂已逐步应用于临床。然而,约40%-60%的患者在接受手术、糖皮质激素或抗2型炎症生物制剂治疗后,疗效仍不理想。这一现象提示,除2型炎症通路外,可能还存在其他关键致病机制有待揭示。

 

 

  单细胞转录组测序分析揭示,GZMK+CD8+T细胞在鼻息肉组织中显著增多,而在对照组织中则较为少见。与典型的细胞毒性GZMB+CD8+T细胞不同,这类细胞表现出独特的促炎表型,同时细胞毒性较低。进一步分析发现,GZMK+CD8+T细胞高表达趋化因子受体CXCR4,而鼻息肉中的成纤维细胞则分泌其配体CXCL12,提示两者可能存在交互作用。空间转录组测序和多重免疫荧光染色证实,GZMK+CD8+T细胞与成纤维细胞在鼻息肉微环境中存在空间共定位。体外实验证实,GZMK+CD8+T细胞顺利获得释放颗粒酶K(GZMK)激活成纤维细胞,促使后者分泌CXCL1、CXCL2、CXCL8和IL-6等因子,进而驱动中性粒细胞炎症。同时,活化的成纤维细胞顺利获得分泌CXCL12进一步招募GZMK+CD8+T细胞,形成正反馈循环,加剧局部炎症反应。
这一发现为CRSwNP的发病机制给予了新的视角,表明GZMK+CD8+T细胞-成纤维细胞轴可能在非2型炎症驱动的鼻息肉形成中发挥关键作用。

        Reference:Guo Cui Lian, et al. Granzyme K+CD8+ T cells interact with fibroblasts to promote neutrophilic inflammation in nasal polyps[J]. Nature Communications. 2024.

 

  案例二  解析阿尔茨海默病海马体空间图谱:分子通路解析与诊断新契机

  阿尔茨海默病是最常见的痴呆症类型,其主要特征是淀粉样蛋白β(Aβ)斑块和神经原纤维缠结在大脑中的积累,导致脑功能逐渐恶化。长期以来,AD研究依赖小鼠模型。然而,这些模型与阿尔茨海默病患者之间存在显著差异,极大限制了临床转化。为了填补这一研究空白,本研究首次利用全基因组范围且具有单细胞分辨率的空间转录组技术,精准解析了AD患者海马体不同功能分区的细胞组成、基因表达模式及其空间分布。

 

 

        顺利获得空间转录组测序和单细胞核转录组测序技术,研究者成功绘制了全球首个阿尔茨海默病(AD)患者海马体的单细胞分辨率“时空图谱”,揭示了细胞和功能的变化、淀粉样蛋白微环境及空间病理特征,加深了对AD发病机制的理解。此外,研究者发现携带CCK和PMP2的脑源性外泌体在AD患者的血浆中显著减少,这为临床早期诊断给予了潜在的新生物标志物。

Reference:Wang P, Han L, Wang L, et al. Molecular pathways and diagnosis in spatially resolved Alzheimer’s hippocampal atlas[J]. Neuron, 2025.

 

  案例三  BayesSpace:实现更高分辨率的空间转录组分析

  空间转录组技术能够在保留空间背景的同时全面测量转录组谱。然而,现有的分析方法并没有解决技术分辨率有限或有效利用空间信息的问题。本文研究团队开发了BayesSpace,这是一种完全贝叶斯统计方法,它使用来自空间邻域的信息来增强空间转录组数据的分辨率并进行聚类分析。研究者针对当前的空间和非空间聚类方法对BayesSpace进行了基准测试,并表明它改进了对来自大脑、黑色素瘤、浸润性导管癌和卵巢腺癌样本的不同组织内转录谱的识别。顺利获得使用免疫组化和从scRNA-seq数据构建的计算机数据集,结果表明BayesSpace解析了在原始分辨率下无法检测到的组织结构,并识别了组织学分析无法识别的转录异质性。其结果说明了BayesSpace在促进空间转录组数据集发现生物学新见解中具有重要意义。

 

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Reference:Zhao E , Stone M R , Ren X , et al. Spatial transcriptomics at subspot resolution with BayesSpace[J]. Nature Biotechnology, 2021:1-10.

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小鼠肾脏空间转录组的 mRNA 表达及聚类

 

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小鼠大脑空间分辨率的基因表达

 

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小鼠不同脏器的空间转录组图谱

 

人类不同脏器的空间录组图谱

  1. 样本制备:OCT包埋新鲜组织。

  2. 运输方式:干冰运输。

  Q1:可以邮寄速冻组织吗?

  答: 不可以,建议新鲜样本使用OCT包埋好,进行邮寄;如有切片设备,可以切到目的区域后,再进行邮寄。

  Q2:样本制备的方法优先选择哪一种?

  答:样本制备选用新鲜的组织材料,“先冻存后包埋”、“先包埋后冻存”两种方法均可 。

  Q3:制备冷冻样本时为什么要加入异戊烷?

  答:液氮的沸点很低,组织直接放入液氮后会沸腾,容易改变组织内部形态甚至碎裂,破坏组织结构。异戊烷沸点没有那么低,预冷之后把组织放进去不会产生沸腾,这样组织形态不会改变。

  Q4:肿瘤异质性非常大,非常担心所选择区域不具有代表性,该怎么办?

  答:建议先用免疫组化/HE染色的方式,对感兴趣的组织区域进行筛选。

  Q5:信息分析可以关联高通量单细胞RNA-Seq测序吗?

  答:可以,顺利获得两种组学各细胞基因表达量等相关数据,利用seruat软件进行关联分析,实现高通量单细胞数据补充注释空间转录组结果。

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