Transkryptomika przestrzenna i proteomika dostarczają uzupełniających informacji, które zmieniły nasze rozumienie złożonych procesów biologicznych. Jednakże eksperymentalna integracja tych modalności jest ograniczona.
Nowa metoda zwana sekwencjonowaniem białek i transkryptomu przestrzennego (SPOTS) może z niespotykaną dotąd rozdzielczością ujawnić tożsamość i aktywność komórek w całym narządzie lub guzie. Opracowany przez naukowców z Weill Cornell Medicine, NewYork-Presbyterian i New York Genome Center, SPOTS może naświetlić tożsamość i aktywność komórek w narządzie lub guzie z niespotykaną dotąd rozdzielczością.
Technika ta pozwala zachować informacje o dokładnej lokalizacji komórek, jednocześnie rejestrując wzorce aktywności genów i obecność niezbędnych składników Białka w komórkach w próbkach tkanek. Umożliwia to tworzenie skomplikowanych, bogatych w dane „map” narządów, w tym narządów chorych i nowotworów, co może być niezwykle pomocne zarówno w badaniach podstawowych, jak i klinicznych.
Współautor badania, dr Dan Landau, profesor nadzwyczajny medycyny na Oddziale Hematologii i Onkologii Medycznej oraz członek Sandry i Edwarda Meyer Cancer Center w Weill Cornell Medicine oraz główny członek wydziału w New York Genome Center, powiedział, „Ta technologia jest ekscytująca, ponieważ pozwala nam jak nigdy dotąd mapować przestrzenną organizację tkanek, w tym typy komórek, aktywności komórkowe i interakcje między komórkami”.
Nowe podejście stanowi część szerszej inicjatywy naukowców i inżynierów, mającej na celu stworzenie skuteczniejszych sposobów „widzenia” na poziomie mikroskopowym funkcjonowania narządów i tkanek. W ostatnich latach nastąpił znaczny postęp w badaniach, zwłaszcza w metodach profilowania aktywności genów i innych warstw danych w pojedynczych komórkach lub małych grupach komórki. Należy jednak odzyskać informacje dotyczące pierwotnego rozmieszczenia profilowanych komórek w tkankach, ponieważ podejścia te często wymagają rozbicia tkanek i oddzielenia komórek od sąsiadów. Nowa technika rejestruje również te dane przestrzenne i robi to z doskonałą rozdzielczością.
Metoda ta opiera się częściowo na istniejącej technologii 10x Genomics. Wykorzystuje szkiełka odpowiednie do obrazowania próbek tkanek za pomocą zwykłych metod patologicznych opartych na mikroskopie, ale jest również pokryty tysiącami określonych cząsteczek sondy.
Chemiczny „kod kreskowy” każdej cząsteczki sondy identyfikuje jej dwuwymiarowe położenie na szkiełku. Cząsteczki sondy na szkiełku chwytają informacyjne RNA (mRNA), zasadniczo transkrypty aktywowanych genów, z sąsiednich komórek, gdy na szkiełku zostanie umieszczona cienko pokrojona próbka tkanki, jej komórki stają się przepuszczalne. W procedurze stosowane są designerskie przeciwciała, które przyłączają się do unikalnych cząsteczek sondy i białek będących przedmiotem zainteresowania w tkance.
Naukowcy mogą szybko i automatycznie identyfikować zebrane mRNA i wybrane białka oraz precyzyjnie mapować je w ich pierwotnych lokalizacjach w próbce tkanki. Wytworzone mapy można rozpatrywać niezależnie lub w porównaniu z rutynowym obrazowaniem patologicznym próbki.
Na tkance zdrowej śledziony myszy zespół wykorzystał SPOTS do pokazania skomplikowanej architektury funkcjonalnej tego narządu, w tym skupisk różnych typów komórek, ich stanów funkcjonalnych oraz zmian tych stanów w zależności od rozmieszczenia komórek.
Naukowcy wykorzystali także SPOTS do mapowania struktury komórkowej guza piersi u myszy, podkreślając jego potencjał do zastosowania w leczeniu nowotworów piersi badania nad rakiem. Wygenerowana mapa przedstawiała makrofagi i komórki odpornościowe w dwóch różnych stanach, każdy oznaczony innym markerem białkowym: jeden był aktywny i walczył z nowotworami, podczas gdy drugi miał działanie immunosupresyjne i tworzył barierę chroniącą guz.
Dr Landau, onkolog z NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center, powiedziany, „Zaobserwowaliśmy, że te dwa podzbiory makrofagów znajdują się w różnych obszarach guza i wchodzą w interakcje z różnymi komórkami, a różnica w mikrośrodowisku prawdopodobnie powoduje ich odmienne stany aktywności”.
„Takie szczegóły dotyczące środowiska odpornościowego nowotworu – szczegóły, których często nie można ustalić ze względu na rzadką liczbę komórek odpornościowych w nowotworze – mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego niektórzy pacjenci reagują na leczenie terapii wzmacniającej odporność a niektóre nie, co mogłoby pomóc w projektowaniu przyszłych immunoterapii”.
„Ta początkowa wersja SPOTS ma taką rozdzielczość przestrzenną, że każdy „piksel” powstałego zbioru danych sumuje informacje o aktywności genów dla co najmniej kilku komórek. Naukowcy mają jednak nadzieję wkrótce zawęzić tę rozdzielczość do pojedynczych komórek, dodając jednocześnie inne warstwy kluczowych informacji komórkowych”.
Referencje czasopisma:
- Ben-Chetrit, N., Niu, X., Swett, AD i in. Integracja profilowania przestrzennego całego transkryptomu z markerami białkowymi. Nat Biotechnol . , , , , , , , , , , , , , , ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, , (2023). DOI: 10.1038/s41587-022-01536-3
