伯豪再添空間組學利器Xenium亞細胞空間原位分析技術(shù)

空間組學技術(shù)能夠獲取組織切片上不同位置細胞中的轉(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特征。自從空間轉(zhuǎn)錄組學技術(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，針對空間組學研究的新技術(shù)，新儀器近年來也在不斷推陳出新，這進一步促進了研究發(fā)展。2023年空間組學再獲殊榮，成為《World Economic Forum》評選出的目前最有潛力、對世界產(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)在獲得基因表達數(shù)據(jù)的同時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。隨著項目經(jīng)驗的積累，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胞水平，而是檢測芯片上每個spot（55um）中的基因表達信息（每個spot大約捕獲5-10個細胞）。需求是創(chuàng)新的根本動力，伯豪生物持續(xù)關(guān)注最新科研動態(tài)及前沿技術(shù)進展，近日重磅推出空間組學研究最新解決方案——Xenium亞細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及蛋白分子在單細胞/亞細胞水平的的表達信息。下面小編將對這一技術(shù)做詳細介紹。
 

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，以單細胞/亞細胞分辨率，對數(shù)百個RNA靶點進行高靈敏度、高特異性檢測，實現(xiàn)在亞細胞分辨率水平檢測靶基因在組織原位中的表達。針對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將實現(xiàn)1000個靶向基因（甚至更高）的檢測，并且還將會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構(gòu)成。探針與組織樣本原位RNA雜交過程中，僅當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)進行滾環(huán)擴增，形成帶有高密度熒光探針特異性序列團。再通過多輪熒光探針雜交成像，形成原位熒光信號序列，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根據(jù)表達量微調(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，然后對組織切片進行透化或脫蠟/解交聯(lián)等處理，接下來用可環(huán)化的DNA探針與顯露的RNA進行雜交。由于獨特的探針結(jié)構(gòu)，雜交探針連接到目標RNA片段后形成環(huán)狀DNA探針，后續(xù)可進行滾環(huán)擴增，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。下一步生成每個基因特異性的熒光特征條碼，實現(xiàn)目標基因的定位和識別。最后，使用細胞核和細胞形態(tài)信息來鑒定組織切片上的細胞邊界，并將細胞邊界信息映射到RNA表達圖像上，根據(jù)位置坐標將轉(zhuǎn)錄本分配給每個細胞，從而構(gòu)建出整張組織切片上亞細胞水平的空間圖譜。
 

高靈敏性、高特異性：獨特的掛鎖式探針設(shè)計，增強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，實現(xiàn)亞細胞水平的原位基因表達分析，大大提高了空間組學分辨率。

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，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)百個靶基因的分析，后期將可實現(xiàn)1000個靶基因的檢測。

高靈活性：多種預制Panel可選，也可添加定制多達100個靶基因，滿足特定研究的個性化需求。

高樣本兼容性：能夠識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（H&E）信息，與組織病理學研究無縫整合。

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

▪ Visium是結(jié)合顯微成像和測序技術(shù)，不需要先驗知識可以進行無偏的轉(zhuǎn)錄本檢測；Xenium不再依賴測序平臺，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，不能達到單細胞的水平；Xenium 的光學分辨率是 0.2 微米，它的分辨率可以精確到單個細胞水平，甚至可以精確到亞細胞結(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基因，而Xenium是靶向檢測，目前只能檢測數(shù)百個靶基因。

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