當前位置 > 技術(shù)服務(wù) > 生物研發(fā)服務(wù)> 分子與細胞 > 【SMI】CosMx™ SMI單細胞空間原位技術(shù)檢測平臺
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NanoString發(fā)布的CosMxTMﾠSMI單細胞空間原位分子成像平臺，結(jié)合了超高分辨率成像技術(shù)和多靶標檢測能力， 能夠在單細胞及亞細胞分辨率下對超多靶標的空間原位信息進行可視化和定量分析
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NanoString發(fā)布的CosMx™ﾠSMI單細胞空間原位分子成像平臺，結(jié)合了超高分辨率成像技術(shù)和多靶標檢測能力，能夠在單細胞及亞細胞分辨率下對超多靶標（RNA和蛋白）的空間原位信息進行可視化和定量分析。眾所周知，F(xiàn)FPE樣本的RNA和蛋白質(zhì)往往質(zhì)量較低、降解嚴重，因此對其進行分析極具挑戰(zhàn)性。CosMx™ﾠSMI系統(tǒng)具有簡單的樣本制備流程和穩(wěn)定的原位雜交化學(xué)原理，能夠兼容多種組織類型的檢測，包括新鮮冷凍組織（FF）、福爾馬林固定石蠟包埋組織（FFPE）以及組織芯片（TMA）等。目前已有panel能夠?qū)崿F(xiàn)對6000種RNA和64種蛋白進行檢測，能在保留靶標基因在組織原位空間信息的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)更高的基因組覆蓋度，支持研究人員透徹解析組織和細胞異質(zhì)性，深入研究背后的生物學(xué)功能，發(fā)現(xiàn)重要的生物標志物。
自CosMx™ SMI商業(yè)化發(fā)布以來一年左右的時間里，利用CosMx™ SMI平臺技術(shù)已開展的研究項目＞150項；涉及的組織類型＞70種；已正式發(fā)表見刊的研究成果文章＞30篇。
CosMx™ SMI工作原理
針對目標基因設(shè)計“原位雜交探針”（ISH），探針分2段，第一段是針對目標基因的結(jié)合區(qū)域（Target bindingdomain），第二段為讀出域（Readout domain），包括四段不同的序列，分別與特定的報告探針（Reporter）進行雜交。報告探針，一部分與Readout domain互補雜交，另一部分與熒光染料結(jié)合，在激發(fā)光的照射下發(fā)出熒光，報告目標RNA的存在。
1000基因panel的一次完整的探針雜交過程共包括16輪，每輪雜交都會有4種顏色的熒光染料（報告探針與熒光染料結(jié)合處有一個紫外光敏感的基團，被紫外光照射時，敏感基團斷裂，導(dǎo)致熒光染料和報告探針斷裂，然后被緩沖液洗掉，進行下一輪雜交）。在一輪雜交中，一個ISH探針若與特定的報告探針和熒光染料雜交，則發(fā)出相應(yīng)顏色的熒光，若在這一輪沒有與對應(yīng)的報告探針雜交，則不發(fā)熒光。
經(jīng)過16輪雜交，每一個RNA分子在每一輪中是否發(fā)出熒光（0ﾠorﾠ1）以及發(fā)出熒光的顏色，會讀出一個特定序列（即熒光Barcode序列），通過查詢預(yù)先設(shè)計好的基因與barcode序列的對照表，就可以對空間原位基因進行定性。
蛋白檢測原理
自CosMx™ SMI商業(yè)化發(fā)布以來一年左右的時間里，利用CosMx™ SMI平臺技術(shù)已開展的研究項目＞150項；涉及的組織類型＞70種；已正式發(fā)表見刊的研究成果文章＞30篇。
CosMx™ SMI工作原理
針對目標基因設(shè)計“原位雜交探針”（ISH），探針分2段，第一段是針對目標基因的結(jié)合區(qū)域（Target bindingdomain），第二段為讀出域（Readout domain），包括四段不同的序列，分別與特定的報告探針（Reporter）進行雜交。報告探針，一部分與Readout domain互補雜交，另一部分與熒光染料結(jié)合，在激發(fā)光的照射下發(fā)出熒光，報告目標RNA的存在。
1000基因panel的一次完整的探針雜交過程共包括16輪，每輪雜交都會有4種顏色的熒光染料（報告探針與熒光染料結(jié)合處有一個紫外光敏感的基團，被紫外光照射時，敏感基團斷裂，導(dǎo)致熒光染料和報告探針斷裂，然后被緩沖液洗掉，進行下一輪雜交）。在一輪雜交中，一個ISH探針若與特定的報告探針和熒光染料雜交，則發(fā)出相應(yīng)顏色的熒光，若在這一輪沒有與對應(yīng)的報告探針雜交，則不發(fā)熒光。
經(jīng)過16輪雜交，每一個RNA分子在每一輪中是否發(fā)出熒光（0ﾠorﾠ1）以及發(fā)出熒光的顏色，會讀出一個特定序列（即熒光Barcode序列），通過查詢預(yù)先設(shè)計好的基因與barcode序列的對照表，就可以對空間原位基因進行定性。
蛋白檢測原理與基因檢測原理相似，只不過蛋白檢測用的是帶有核酸標簽鏈的抗體來識別目標蛋白（抗體相當于基因檢測探針的Target binding domain區(qū)域；核酸標簽鏈相當于Readout domain）�？贵w結(jié)合到目標蛋白上，標簽核酸鏈與報告探針以及熒光染料分子進行雜交，發(fā)出熒光信號。通過多輪循環(huán)的雜交，得到熒光barcode序列，然后查詢蛋白與barcode序列的對照表，從而鑒定原位檢測到的熒光點的蛋白種類。
蛋白檢測原理
CosMx™ SMI工作流程
CosMx™ﾠSMI提供了一個從樣本制備到數(shù)據(jù)分析的完整檢測分析流程，包括經(jīng)過驗證的試劑盒、超高分辨率下的成像儀器以及數(shù)據(jù)分析及可視化軟件。并且工作流程簡單，通過探針原位雜交，無需進行組織清除以及cDNA合成和擴增，能夠更快地得到實驗結(jié)果。其工作流程包括：
（1）樣本制備：按照標準流程進行FFPE切片或新鮮冷凍切片的制備。
（2）探針雜交及形態(tài)學(xué)marker標記：對制備好的組織切片，進行原位雜交探針或帶有核酸標簽鏈的抗體雜交（使單個細胞中的基因或蛋白與特定的特異性RNA探針或抗體結(jié)合），并進行形態(tài)學(xué)marker標記（用于后續(xù)識別并界定細胞）。
（3）多輪雜交成像：組織切片放入CosMx™ SMI儀器中，進行多輪報告探針雜交和熒光成像。
CosMx™ﾠSMI提供了一個從樣本制備到數(shù)據(jù)分析的完整檢測分析流程，包括經(jīng)過驗證的試劑盒、超高分辨率下的成像儀器以及數(shù)據(jù)分析及可視化軟件。并且工作流程簡單，通過探針原位雜交，無需進行組織清除以及cDNA合成和擴增，能夠更快地得到實驗結(jié)果。其工作流程包括：
（1）樣本制備：按照標準流程進行FFPE切片或新鮮冷凍切片的制備。
（2）探針雜交及形態(tài)學(xué)marker標記：對制備好的組織切片，進行原位雜交探針或帶有核酸標簽鏈的抗體雜交（使單個細胞中的基因或蛋白與特定的特異性RNA探針或抗體結(jié)合），并進行形態(tài)學(xué)marker標記（用于后續(xù)識別并界定細胞）。
（3）多輪雜交成像：組織切片放入CosMx™ SMI儀器中，進行多輪報告探針雜交和熒光成像。
工作流程
CosMx™ SMI產(chǎn)品優(yōu)勢
● 兼容多種樣本類型：包括石蠟包埋組織、新鮮凍存組織、穿刺樣本、組織切片、組織芯片等多種類型；
● 超多靶標檢測：能夠分析6000種RNA和64種蛋白靶標，覆蓋多個研究領(lǐng)域，提供更全面的組織原位信息；
● 原位單細胞識別：結(jié)合核染、膜染、形態(tài)學(xué)標記染色和AI算法進行準確的單細胞邊界識別和界定；
● 高靈敏度和高動態(tài)檢測范圍：可在單細胞水平捕獲低拷貝數(shù)基因轉(zhuǎn)錄本；
● 亞細胞分辨率：可以對切片做三維立體的成像分析，達到亞細胞的分辨率；
● 經(jīng)過驗證、穩(wěn)定可信的檢測方法：所有CosMx蛋白檢測試劑盒均經(jīng)過廣泛的抗體驗證，具有較高特異性、靈敏度和整體性能；
● 建立一個全面的信息框架：利用自動半監(jiān)督聚類算法對細胞進行分類和精細分型，并對細胞中RNA和蛋白進行原位可視化及定量分析，獲得全面的組織原位信息；
● 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：適用于多個領(lǐng)域的研究，包括：腫瘤、神經(jīng)、免疫以及藥物開發(fā)等。
● 超多靶標檢測：能夠分析6000種RNA和64種蛋白靶標，覆蓋多個研究領(lǐng)域，提供更全面的組織原位信息；
● 原位單細胞識別：結(jié)合核染、膜染、形態(tài)學(xué)標記染色和AI算法進行準確的單細胞邊界識別和界定；
● 高靈敏度和高動態(tài)檢測范圍：可在單細胞水平捕獲低拷貝數(shù)基因轉(zhuǎn)錄本；
● 亞細胞分辨率：可以對切片做三維立體的成像分析，達到亞細胞的分辨率；
● 經(jīng)過驗證、穩(wěn)定可信的檢測方法：所有CosMx蛋白檢測試劑盒均經(jīng)過廣泛的抗體驗證，具有較高特異性、靈敏度和整體性能；
● 建立一個全面的信息框架：利用自動半監(jiān)督聚類算法對細胞進行分類和精細分型，并對細胞中RNA和蛋白進行原位可視化及定量分析，獲得全面的組織原位信息；
● 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：適用于多個領(lǐng)域的研究，包括：腫瘤、神經(jīng)、免疫以及藥物開發(fā)等。
CosMx™ SMI產(chǎn)品應(yīng)用
● 繪制細胞空間圖譜：在空間背景下鑒定細胞類型、細胞狀態(tài)、組織微環(huán)境表型和基因表達網(wǎng)絡(luò)；
● 發(fā)現(xiàn)稀有細胞：實現(xiàn)更精細的細胞分型；
● 差異表達分析：基于空間背景的單細胞轉(zhuǎn)錄組及蛋白差異表達分析；
● 細胞鄰域分析：全面揭示組織微環(huán)境；
● 細胞通訊：配體-受體相互作用，揭示細胞間的相互作用機制；
● 空間生物標志物的發(fā)現(xiàn)和驗證：識別空間背景下的單細胞生物標記物。
● 發(fā)現(xiàn)稀有細胞：實現(xiàn)更精細的細胞分型；
● 差異表達分析：基于空間背景的單細胞轉(zhuǎn)錄組及蛋白差異表達分析；
● 細胞鄰域分析：全面揭示組織微環(huán)境；
● 細胞通訊：配體-受體相互作用，揭示細胞間的相互作用機制；
● 空間生物標志物的發(fā)現(xiàn)和驗證：識別空間背景下的單細胞生物標記物。
商業(yè)化panel
基因檢測panel
蛋白檢測panel
發(fā)表文獻（案例一）
發(fā)表時間：2023年7月 發(fā)表雜志：Nature Communications 影響因子：16.6
炎癥性腸�。↖BD）是由免疫介導(dǎo)的慢性胃腸道疾病，分為克羅恩�。–D）和潰瘍性結(jié)腸炎（UC），但這兩種疾病在疾病進展和治療反應(yīng)等方面具有顯著異質(zhì)性。目前尚未建立有效的臨床或生物學(xué)特征來解釋和預(yù)測該現(xiàn)象，因此了解疾病異質(zhì)性背后復(fù)雜的分子機制，成為亟需解決的問題。本項研究結(jié)合單細胞RNA測序（scRNA-seq）和單細胞空間原位分子成像（CosMxTM SMI）對IBD進行深入分析。scRNA-seq數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)IBD患者之間最大的差異存在于髓系細胞中，主要包括巨噬細胞和中性粒細胞。研究人員進一步利用了CosMx™ SMI單細胞空間原位分子成像技術(shù)對每個巨噬細胞和中性粒細胞亞群進行精細的空間定位和單細胞轉(zhuǎn)錄組表達檢測，在組織空間維度全面揭示了巨噬細胞的多樣性和可塑性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)巨噬細胞和炎性成纖維細胞參與構(gòu)建了強大的通訊網(wǎng)絡(luò)，闡釋了人類炎性腸病的細胞復(fù)雜性和導(dǎo)致IBD異質(zhì)性的潛在機制。[1]
發(fā)表文獻（案例二）
發(fā)表時間：2023年8月 發(fā)表雜志：Science 影響因子：56.9
腫瘤微環(huán)境（TME）能夠影響癌癥的進展，但極具有復(fù)雜性，往往因患者而異，探索微環(huán)境的異質(zhì)性可能有助于揭示支配瘤內(nèi)細胞程序和疾病預(yù)后程序。本研究對52例頭頸部鱗狀細胞癌進行了研究，重點研究不同腫瘤間的差異。研究者發(fā)現(xiàn)，由CXCL9和SPP1（CS）表達而非傳統(tǒng)的M1和M2標記物定義的巨噬細胞極性與預(yù)后具有明顯的相關(guān)性。通過在已發(fā)表的肺癌單細胞空間原位分子成像（CosMxTMﾠSMI）的數(shù)據(jù)驗證，表明CS巨噬細胞極性確定了一個促癌或抗癌變量網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)涉及每種腫瘤相關(guān)細胞類型，并且在空間上具有組織性�？傊�，這些結(jié)果表明，盡管TME非常復(fù)雜，但也能發(fā)現(xiàn)控制腫瘤的特征性反應(yīng)，比如CS巨噬細胞極性。[2]
CXCL9:SPP1 TAM 極性確定了腫瘤中細胞程序的協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)
引用文獻
【1】Garrido-Trigo A, Corraliza AM, Veny M, et al. Macrophage and neutrophil heterogeneity at single-cell spatial resolution inhuman inflammatory bowel disease. Nat Commun. 2023;14(1):4506. P ublished 2023 Jul 26. doi:10.1038/s41467-023-40156-6
【2】Bill R, Wirapati P, Messemaker M, et al. CXCL9:SPP1 macrophage polarity identifies a network of cellular programs that controlhuman cancers. Science. 2023;381(6657):515-524. doi:10.1126/sci ence.ade2292
【1】Garrido-Trigo A, Corraliza AM, Veny M, et al. Macrophage and neutrophil heterogeneity at single-cell spatial resolution inhuman inflammatory bowel disease. Nat Commun. 2023;14(1):4506. P ublished 2023 Jul 26. doi:10.1038/s41467-023-40156-6
【2】Bill R, Wirapati P, Messemaker M, et al. CXCL9:SPP1 macrophage polarity identifies a network of cellular programs that controlhuman cancers. Science. 2023;381(6657):515-524. doi:10.1126/sci ence.ade2292
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