Ruimtelijke transcriptomics en proteomics bieden aanvullende informatie die ons begrip van complexe biologische processen heeft getransformeerd. De experimentele integratie van deze modaliteiten is echter beperkt.
Een nieuwe methode genaamd Spatial PrOtein and Transcriptome Sequencing (SPOTS) kan de identiteit en activiteiten van cellen in een orgaan of tumor met een ongekende resolutie verhelderen. Ontwikkeld door onderzoekers van Weill Cornell Medicine, NewYork-Presbyterian en het New York Genome Center kan SPOTS de identiteit en activiteiten van cellen in een orgaan of tumor met een ongekende resolutie verhelderen.
De techniek bewaart informatie over de precieze locaties van de cellen, terwijl patronen van genactiviteit en de aanwezigheid van essentiële stoffen worden vastgelegd eiwitten in cellen in weefselmonsters. Dit maakt het mogelijk om ingewikkelde, gegevensrijke ‘kaarten’ van organen te maken, inclusief zieke organen en tumoren, wat uiterst nuttig kan zijn bij zowel fundamenteel als klinisch onderzoek.
Studie mede-senior auteur Dr. Dan Landau, universitair hoofddocent geneeskunde bij de afdeling Hematologie en Medische Oncologie en lid van het Sandra en Edward Meyer Cancer Center bij Weill Cornell Medicine en lid van de kernfaculteit van het New York Genome Center, gezegd, “Deze technologie is opwindend omdat ze ons in staat stelt de ruimtelijke organisatie van weefsels, inclusief celtypen, celactiviteiten en cel-tot-cel-interacties, als nooit tevoren in kaart te brengen.”
De nieuwe aanpak maakt deel uit van een groter initiatief van wetenschappers en ingenieurs om effectievere manieren te creëren om op microscopisch niveau te ‘zien’ hoe organen en weefsels functioneren. De afgelopen jaren is er aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van onderzoek, met name op het gebied van methoden voor het profileren van genactiviteit en andere gegevenslagen in afzonderlijke cellen of kleine groepen cellen. cellen. De informatie over de oorspronkelijke plaatsing van de geprofileerde cellen in de weefsels moet echter worden teruggevonden, omdat deze benaderingen vaak vragen om de afbraak van weefsels en de scheiding van cellen van hun buren. De nieuwe techniek registreert ook die ruimtelijke gegevens, en wel met een uitstekende resolutie.
De methode is deels gebaseerd op bestaande 10x Genomics-technologie. Het maakt gebruik van glasplaatjes die geschikt zijn voor het afbeelden van weefselmonsters met gewone microscoopgebaseerde pathologiemethoden, maar is ook bedekt met duizenden specifieke sondemoleculen.
De chemische ‘streepjescode’ van elk sondemolecuul identificeert de tweedimensionale locatie op het objectglaasje. De sondemoleculen op het objectglaasje grijpen de boodschapper-RNA's (mRNA's), in wezen de transcripties van geactiveerde genen, van naburige cellen, wanneer een dun gesneden weefselmonster op het objectglaasje wordt geplaatst, worden de cellen permeabel gemaakt. Bij de procedure worden designer-antilichamen gebruikt, die zich hechten aan de unieke probemoleculen en eiwitten die van belang zijn in het weefsel.
Onderzoekers kunnen de verzamelde mRNA's en gekozen eiwitten snel en automatisch identificeren en deze nauwkeurig in kaart brengen naar hun oorspronkelijke locaties in het weefselmonster. De geproduceerde kaarten kunnen onafhankelijk worden bekeken of in vergelijking met de routinematige pathologische beeldvorming van het monster.
Op weefsel van een gezonde muizenmilt gebruikte het team SPOTS om de ingewikkelde functionele architectuur van dit orgaan te laten zien, inclusief clusters van verschillende celtypen, hun functionele toestanden, en hoe die toestanden veranderden afhankelijk van de plaatsing van de cellen.
De onderzoekers gebruikten SPOTS ook om de cellulaire structuur van een borsttumor bij muizen in kaart te brengen, wat het potentieel voor gebruik ervan benadrukte kankeronderzoek. De gegenereerde kaart toonde macrofagen en immuuncellen in twee verschillende toestanden, elk aangegeven door een andere eiwitmarker: de ene toestand was actief en vocht tegen tumoren, terwijl de andere immuunonderdrukkend was en een barrière vormde om de tumor af te schermen.
Dr. Landau, een oncoloog bij het NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center, zei, “We konden zien dat deze twee subsets van macrofagen in verschillende delen van de tumor worden aangetroffen en een interactie aangaan met verschillende cellen – en dat verschil in de micro-omgeving is waarschijnlijk de drijvende kracht achter hun verschillende activiteitstoestanden.”
“Dergelijke details van de immuunomgeving van de tumor – details die vaak niet kunnen worden opgelost vanwege de schaarste van immuuncellen in tumoren – kunnen helpen verklaren waarom sommige patiënten reageren op immuunversterkende therapie en sommige niet, en zouden dus het ontwerp van toekomstige immuuntherapieën kunnen beïnvloeden.”
“Deze eerste versie van SPOTS heeft een zodanige ruimtelijke resolutie dat elke “pixel” van de resulterende dataset informatie over de genactiviteit voor ten minste verschillende cellen optelt. De onderzoekers hopen echter deze resolutie binnenkort te beperken tot afzonderlijke cellen en tegelijkertijd andere lagen van belangrijke cellulaire informatie toe te voegen.”
Journal Reference:
- Ben-Chetrit, N., Niu, X., Swett, AD et al. Integratie van ruimtelijke profilering van het hele transcriptoom met eiwitmarkers. Nat Biotechnologie (2023). DOI: 10.1038/s41587-022-01536-3
