細(xì)胞分割在空間生物學(xué)研究中的重要作用和準(zhǔn)確分割的難點介紹

精準(zhǔn)的細(xì)胞分割能大幅提升時空組學(xué)研究的質(zhì)量，而傳統(tǒng)的空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)往往存在單個細(xì)胞的邊界不明確的問題。
 
01 細(xì)胞分割為什么重要？ 
 
細(xì)胞分割是單細(xì)胞空間研究的基石，在理解健康和疾病方面發(fā)揮著重要作用。
 
1. 了解細(xì)胞相互作用

細(xì)胞分割能夠讓我們探索正常和病理條件下的細(xì)胞相互作用，增強(qiáng)我們對基本生物過程的理解。
 
2. 生物學(xué)特征分析
 
細(xì)胞分割讓我們能夠分析基本的生物特征，如細(xì)胞計數(shù)、類型、形狀等。進(jìn)而讓我們了解這些特征是如何隨時間變化和響應(yīng)不同條件的。
 
3. 獲取生物學(xué)相關(guān)信息
 
細(xì)胞的形態(tài)反映了它們的生理狀態(tài)，有效的細(xì)胞分割捕獲了生物學(xué)上相關(guān)的形態(tài)信息。
 
4. 加速藥物發(fā)現(xiàn)
 
從細(xì)胞分割中獲得的見解可以推動藥物發(fā)現(xiàn)、診斷以及生物學(xué)、藥理學(xué)和個性化醫(yī)學(xué)的各種其他關(guān)鍵領(lǐng)域。
 
02 準(zhǔn)確的細(xì)胞分割難在哪? 
 
1.異質(zhì)形狀
 
細(xì)胞有多種動態(tài)形狀，幾乎不可能定義數(shù)學(xué)形狀模型。
 
2. 大小和形狀的變化

與細(xì)胞核不同，細(xì)胞核是典型的大小相似的結(jié)構(gòu)，細(xì)胞質(zhì)在形狀和大小上表現(xiàn)出顯著的多樣性和多變性。
 
3. 弱邊界梯度
 
距離很近的細(xì)胞可能具有弱邊界梯度，這使得分離它們變得很困難。
 
4. 分割方法
 
分割方法的適用性可能受到數(shù)據(jù)集約束的限制，包括染色或成像方式的差異，圖像捕獲中的偽影或形態(tài)差異。
 
03 有哪個技術(shù)平臺在細(xì)胞分割方面具有優(yōu)勢嗎? 
 
有的，CosMx™ SMI單細(xì)胞空間原位分子成像平臺在細(xì)胞分割方面的表現(xiàn)就十分亮眼。該平臺采用了一種基于增強(qiáng)CellPose算法的復(fù)雜細(xì)胞分割算法，該算法結(jié)合了來自細(xì)胞膜蛋白、細(xì)胞核和RNA的信息。相比使用核擴(kuò)張分割策略的平臺，SMI優(yōu)勢明顯，能夠有效地分割復(fù)雜形狀的細(xì)胞，特別是對于分散或復(fù)雜的細(xì)胞。
 
對于RNA檢測，SMI原生提供5通道多路免疫熒光染色，準(zhǔn)確捕獲細(xì)胞形狀并將轉(zhuǎn)錄物分配到正確的細(xì)胞。
 
對于蛋白質(zhì)或多組學(xué)分析，通過將高復(fù)雜性蛋白質(zhì)圖像與機(jī)器學(xué)習(xí)細(xì)胞分割模型相結(jié)合，確保準(zhǔn)確的細(xì)胞邊界檢測以及細(xì)胞分型，領(lǐng)域分析等下游分析。
 

 
微小的分割錯誤會導(dǎo)致錯誤的基因分配給細(xì)胞，隨后在下游數(shù)據(jù)分析中產(chǎn)生影響，如聚類、差異基因表達(dá)和途徑分析。
 

A和B：SMI檢測使用基于抗體的蛋白質(zhì)檢測形態(tài)學(xué)marker（細(xì)胞膜和細(xì)胞核）進(jìn)行細(xì)胞分割，而C其他空間成像儀通常使用簡單的細(xì)胞核擴(kuò)增（~15µm）進(jìn)行細(xì)胞分割，如圖所示，相同的圖像使用簡化的多邊形以方便可視化。
 
總之，準(zhǔn)確的細(xì)胞分割是空間研究成功的關(guān)鍵因素，而CosMx™ SMI技術(shù)平臺在這一方面具有突出優(yōu)勢。