空间转录组测序

基因表达具有时间特异性和空间特异性。时间特异性通常可以通过对不同时间点的样本取材，再使用单细胞转录组测序技术来进行解析。然而，空间特异性信息常常难以获得。常规转录组测序和单细胞转录组测序无法还原细胞所处的原始位置信息，而传统的原位杂交技术又很难实现高通量检测 。10x Genomics Visium 空间转录组技术，可在组织原位以超高分辨率研究基因表达特征和空间分布。此外， 结合单细胞转录组和空间转录组进行联合研究，可使空间位置的基因表达研究深入到超高分辨率的单细胞层次，对于癌症、免疫、神经、发育等领域有着令人期待的应用前景。 对新鲜冷冻组织或FFPE组织进行包埋和切片，并将其放置在基因表达玻片上的捕获区内(新鲜冷冻组织需先摸索组织切片的目标区域透化条件 , 以便确定透化最佳条件)。基因表达芯片有4个点阵区域(6.5 mm x 6.5 mm)，每个点阵均含有 4,992个barcoded spot(直径为 55 μm)，每个spot有一个独特条形码序列用于位置定位。进行H&E染色后，在明场显微镜下观察玻片上的组织切片，之后对组织进行透化处理，以释放出细胞中的mRNA(新鲜冷冻组织)或连接的探针对(FFPE组织)。这些mRNA或探针对与spot上带有空间条形码的寡核苷酸相结合。通过生成cDNA的逆转录反应(新鲜冷冻组织)或延长反应(FFPE组织)引入空间条形码。将带有条形码的分子混合后进行下游处理，制备出立即可测序的文库。生成的10x条形码文库与Illumina测序仪上的标准短读长NGS测序兼容，能够实现整张组织切片的大规模转录分析。测序数据中空间条形码序列将转录信息映射回组织切片中的起始位置，从而还原转录本在组织中的位置分布，实现基因表达的空间可视化。 每张玻片包含2个或4个捕获区，每个捕获区含有约5,000个带有条形码的数据点，而每个数据点又包含数百万条带空间条形码的捕获寡核苷酸。组织mRNA在释放后与这些寡核苷酸结合，可实现基因表达信息的捕获。
对新鲜冷冻组织或FFPE组织进行切片，并将其放置在文库制备玻片上，然后进行固定，通过H&E或免疫荧光（IF）染色并成像，接着添加空间条形码并构建文库。对制备好的文库进行测序，并对数据进行可视化。 双重信息：实现基因表达数据与空间定位信息的结合，解析多种类型组织切片样本中基因表达谱；
分辨率高：每个芯片点阵包含近5,000个spot，每个spot平均分辨率为1至10个细胞，可以检测几千个基因；
结果无偏：无需组织解离，保留组织结构及细胞微环境，鉴定异质性组织中细胞类型；特殊UMI设计，避免反转         录偏好性，降低误差；
FFPE兼容：突破从 FFPE（石蜡包埋）组织中获取空间基因表达信息的障碍；
平台完善：具有冷冻切片机、超高分辨率显微镜、10x Genomics Visium等服务平台；
团队专业：中科院博士带领专业实验团队。现已累积50余种不同组织类型、数百余个样品的空间转录组实验经验。

样本类型	取样方法	质量要求	保存运输
新鲜组织样本	新鲜组织取样后立即进行OCT包埋处理，然后液氮速冻，-80℃保存。如无法立即进行包埋处理，则先将组织利用异wu wan速冻后再进行OCT包埋	组织切片提取RNA无降解，组织切片HE染色完整、无明显空隙	干冰运输
FFPE（石蜡包埋）组织样本	福尔马林固定，石蜡包埋的样本，将FFPE组织块存储在4℃，以确保RNA的完整性	组织切片提取RNA，检测总RNA片段长度>200的比例（DV200），DV200>50%，组织切片HE染色完整、无明显空隙	湿冰运输

  肿瘤研究： 肿瘤微环境、肿瘤异质性；
免疫研究： 免疫微环境；
发育生物学： 细胞类型的空间分布、时空变化；
脑神经学： 神经系统研究、脑图谱构建；
病理学： 病例切片的空间基因表达信息；
细胞图谱： 构建三维空间图谱。 单细胞转录组测序能很好的揭示了组织异质性，但由于获取细胞悬液时对组织进行了酶解，从而导致组织空间位置信息丢失。而空间转录组测序技术可以同时提供空间位置信息和基因表达信息，但检测的单位不是单细胞水平，综合运用单细胞检测技术和空间转录组检测技术将两种检测结果进行联合分析，对空间转录组的检测结果进行精确的细胞类型注释，从而在不同应用场景中更加精准的揭示细胞相互作用和组织理解。 1. 单细胞分辨率下人类肠道发育的时空分析
Spatiotemporal analysis of human intestinal development at single-cell resolution
发表杂志： Cell ( IF: 41.582 )   发表时间： 2021年 2月
应用技术： 10x Genomics单细胞转录组测序，10x Genomics空间转录组测序
主要结论：
本研究将单细胞转录组测序和空间转录组测序进行联合，绘制了随时间变化的肠道形态发生。确定了101个细胞状态，包括上皮细胞和间充质祖细胞群以及与关键形态发生相关的重要阶段过程。描述了隐窝-绒毛轴形成的原理，神经、血管、间充质形态发生和肠道的免疫种群，鉴定了发育中的成纤维细胞和肌纤维细胞亚型的分化层次，并阐述了它们的不同功能。明确了佩尔斑和肠道相关淋巴组织的起源，并描述了位置特异性免疫程序。本研究使用这一资源来呈现了形态发生梯度的无偏分析，这一梯度能够指导细胞分化的连续波并定义与罕见发育性肠道疾病相关的细胞和位置，汇编了一个公开可用的在线资源，即胎儿肠道发育的时空分析资源（STAR-FINDer），以期促进后续的相关研究工作。 2. 人类鳞状细胞癌组成和空间结构的多模式图谱分析
Multimodal analysis of composition and spatial architecture in human squamous cell carcinoma
发表杂志： Cell ( IF: 41.582 )    发表时间： 2020年 7月
应用技术： 10x Genomics单细胞转录组测序，10x Genomics空间转录组测序
主要结论：
为了揭示皮肤鳞状细胞癌(cSCC)的细胞组成和结构，本研究结合单细胞转录组测序、空间转录组和多路复用离子束成像技术，对一系列人皮肤鳞状细胞癌和与之匹配的正常皮肤进行分析。结果显示cSCC存在4种肿瘤细胞亚群，3种与正常组织一致，第4种是癌症所特有的肿瘤特异性角化细胞(TSK)，并且定位于维管组织的生态位。整合单细胞测序和空间数据映射配体-受体网络到特异的细胞类型，揭示了TSK细胞是细胞通讯的中心。本研究还发掘了多种潜在的免疫抑制特征，包括Treg与CD8细胞在分隔的肿瘤间质中的共定位。最后，通过人癌细胞的异种移植单细胞特征和体内CRISPR筛选确定了肿瘤形成中特殊肿瘤亚群富集基因网络的重要作用。这些数据明确了cSCC和基质细胞亚群互作的空间生态位以及参与癌症的基因网络。