Romlig transkriptomikk og proteomikk gir utfyllende informasjon som transformerte vår forståelse av komplekse biologiske prosesser. Imidlertid er eksperimentell integrering av disse modalitetene begrenset.
En ny metode kalt Spatial Protein and Transcriptome Sequencing (SPOTS) kan belyse identiteten og aktivitetene til celler gjennom et organ eller en svulst med enestående oppløsning. Utviklet av forskere ved Weill Cornell Medicine, NewYork-Presbyterian og New York Genome Center, kan SPOTS belyse identiteten og aktivitetene til celler gjennom et organ eller en svulst med enestående oppløsning.
Teknikken bevarer informasjon om de nøyaktige plasseringene til cellene mens den registrerer mønstre av genaktivitet og tilstedeværelsen av essensielle proteiner i celler på tvers av vevsprøver. Dette gjør det mulig å lage intrikate, datarike «kart» over organer, inkludert organer som er syke og svulster, noe som kan være svært nyttig i både grunnleggende og klinisk forskning.
Studer medseniorforfatter Dr. Dan Landau, en førsteamanuensis i medisin i avdelingen for hematologi og medisinsk onkologi og medlem av Sandra og Edward Meyer Cancer Center ved Weill Cornell Medicine og et kjernefakultetsmedlem ved New York Genome Center, sa, "Denne teknologien er spennende fordi den lar oss kartlegge den romlige organiseringen av vev, inkludert celletyper, celleaktiviteter og celle-til-celle-interaksjoner, som aldri før."
Den nye tilnærmingen er en del av et større initiativ fra forskere og ingeniører for å skape mer effektive måter å "se" på mikroskopisk nivå hvordan organer og vev fungerer. De siste årene har det sett betydelige fremskritt innen forskning, spesielt innen metoder for profilering av genaktivitet og andre lag med data i enkeltceller eller små grupper av celler. Informasjonen om de opprinnelige plasseringene av de profilerte cellene i vevet må imidlertid gjenvinnes, fordi disse tilnærmingene ofte ber om nedbryting av vev og separasjon av celler fra naboene. Den nye teknikken registrerer også de romlige dataene, og den gjør det med utmerket oppløsning.
Metoden er delvis basert på eksisterende 10x Genomics-teknologi. Den bruker glassplater som er egnet for avbildning av vevsprøver med vanlige mikroskopbaserte patologimetoder, men er også belagt med tusenvis av spesielle probemolekyler.
Hvert probemolekyls kjemiske "strekkode" identifiserer dens todimensjonale plassering på objektglasset. Probemolekylene på objektglasset tar tak i messenger-RNA (mRNA), hovedsakelig transkripsjonene av aktiverte gener, fra naboceller når en tynt oppskåret vevsprøve plasseres på objektglasset, blir cellene gjengitt permeable. Designerantistoffer brukes i prosedyren, og de fester seg til de unike probemolekylene og proteinene av interesse i vevet.
Forskere kan raskt og automatisk identifisere de innsamlede mRNA-ene og de valgte proteinene og kartlegge dem nøyaktig til deres opprinnelige plasseringer gjennom hele vevsprøven. De produserte kartene kan vurderes uavhengig eller i sammenligning med prøvens rutinemessige patologiavbildning.
På vev fra en sunn musemilt brukte teamet SPOTS for å vise den intrikate funksjonelle arkitekturen til dette organet, inkludert klynger av forskjellige celletyper, deres funksjonelle tilstander og hvordan disse tilstandene endret seg avhengig av cellenes plassering.
Forskerne brukte også SPOTS for å kartlegge den cellulære strukturen til en musebrystsvulst, og fremhevet potensialet for bruk i kreftforskning. Det genererte kartet viste makrofager og immunceller i to forskjellige tilstander, hver indikert med en annen proteinmarkør: en tilstand var aktiv og kjempet mot svulster, mens den andre var immunundertrykkende og etablerte en barriere for å skjerme svulsten.
Dr. Landau, en onkolog ved NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center, sa, "Vi kunne se at disse to makrofagundergruppene finnes i forskjellige områder av svulsten og samhandler med forskjellige celler - og at forskjellen i mikromiljøet sannsynligvis driver deres distinkte aktivitetstilstander."
"Slike detaljer om svulstimmunmiljøet - detaljer som ofte ikke kan løses på grunn av at immuncellene er sparsomme i svulster - kan være med på å forklare hvorfor noen pasienter reagerer på immunforsterkende terapi og noen gjør det ikke, og kan dermed informere utformingen av fremtidige immunterapier.»
"Denne første versjonen av SPOTS har en romlig oppløsning slik at hver "piksel" av det resulterende datasettet summerer informasjon om genaktivitet for minst flere celler. Imidlertid håper forskerne snart å begrense denne oppløsningen til enkeltceller samtidig som de legger til andre lag med viktig cellulær informasjon."
Tidsreferanse:
- Ben-Chetrit, N., Niu, X., Swett, AD et al. Integrasjon av romlig profilering av hele transkriptomer med proteinmarkører. Nat Biotechnol (2023). GJØR JEG: 10.1038/s41587-022-01536-3
