Uzamsal transkriptomik ve proteomik, karmaşık biyolojik süreçlere ilişkin anlayışımızı dönüştüren tamamlayıcı bilgiler sağlar. Ancak bu yöntemlerin deneysel entegrasyonu sınırlıdır.
Uzamsal Protein ve Transkriptom Dizileme (SPOTS) adı verilen yeni bir yöntem, bir organ veya tümördeki hücrelerin kimliklerini ve aktivitelerini benzeri görülmemiş bir çözünürlükle aydınlatabilir. Araştırmacılar tarafından geliştirilen Weill Cornell Tıp, NewYork-Presbiteryen ve New York Genom Merkezi, SPOTS, bir organ veya tümördeki hücrelerin kimliklerini ve aktivitelerini benzeri görülmemiş bir çözünürlükle aydınlatabilir.
Bu teknik, gen aktivitesinin kalıplarını ve gerekli proteinlerin varlığını kaydederken hücrelerin kesin konumları hakkındaki bilgileri korur. proteinler doku örneklerindeki hücrelerde. Bu, hem temel hem de klinik araştırmalarda son derece yararlı olabilecek, hasta organlar ve tümörler de dahil olmak üzere organların karmaşık, veri açısından zengin "haritalarının" oluşturulmasını mümkün kılar.
Hematoloji ve Tıbbi Onkoloji Anabilim Dalı'nda tıp profesörü ve Weill Cornell Tıp Sandra ve Edward Meyer Kanser Merkezi üyesi ve New York Genom Merkezi'nde çekirdek öğretim üyesi olan ortak kıdemli yazar Dr. Dan Landau'yu inceleyin. söz konusu, "Bu teknoloji heyecan verici çünkü hücre türleri, hücre aktiviteleri ve hücre-hücre etkileşimleri dahil olmak üzere dokuların mekansal organizasyonunu daha önce hiç olmadığı kadar haritalandırmamıza olanak sağlıyor."
Yeni yaklaşım, bilim insanları ve mühendisler tarafından organların ve dokuların nasıl çalıştığını mikroskobik düzeyde "görmenin" daha etkili yollarını yaratmaya yönelik daha büyük bir girişimin parçası. Son yıllarda araştırmalarda, özellikle tek hücrelerde veya küçük gruplarda gen aktivitesinin ve diğer veri katmanlarının profilinin çıkarılmasına yönelik yöntemlerde önemli ilerlemeler görüldü. hücreler. Bununla birlikte, profillenen hücrelerin dokular içindeki orijinal yerleşimlerine ilişkin bilgilerin kurtarılması gerekmektedir, çünkü bu yaklaşımlar sıklıkla dokuların parçalanmasını ve hücrelerin komşularından ayrılmasını gerektirir. Yeni teknik aynı zamanda mekansal verileri de kaydediyor ve bunu mükemmel çözünürlükle yapıyor.
Yöntem kısmen mevcut 10x Genomik teknolojisine dayanıyor. Sıradan mikroskop bazlı patoloji yöntemleriyle doku örneklerinin görüntülenmesine uygun cam slaytlar kullanıyor ancak aynı zamanda binlerce özel prob molekülüyle de kaplanıyor.
Her prob molekülünün kimyasal “barkodu”, onun slayt üzerindeki iki boyutlu konumunu tanımlar. Slayt üzerindeki prob molekülleri haberci RNA'lar (mRNA'lar), esas olarak komşu hücrelerden aktive edilmiş genlerin transkriptleri, ince dilimlenmiş bir doku örneği slayt üzerine yerleştirildiğinde, hücreleri geçirgen hale gelir. Prosedürde tasarımcı antikorlar kullanılır ve bunlar dokudaki ilgili benzersiz prob moleküllerine ve proteinlere bağlanır.
Araştırmacılar, toplanan mRNA'ları ve seçilen proteinleri hızlı ve otomatik olarak tanımlayabilir ve bunları doku örneği boyunca orijinal konumlarına hassas bir şekilde haritalandırabilir. Üretilen haritalar bağımsız olarak veya numunenin rutin patoloji görüntülemesiyle karşılaştırılarak değerlendirilebilir.
Ekip, sağlıklı bir fare dalağından alınan doku üzerinde, çeşitli hücre tiplerinin kümeleri, bunların işlevsel durumları ve bu durumların hücrelerin yerleşimine bağlı olarak nasıl değiştiği de dahil olmak üzere bu organın karmaşık işlevsel mimarisini göstermek için SPOTS'u kullandı.
Araştırmacılar ayrıca fare göğüs tümörünün hücresel yapısını haritalamak için SPOTS'u kullandı ve bunun kanser araştırması. Oluşturulan harita, makrofajları ve bağışıklık hücrelerini, her biri farklı bir protein işaretçisiyle gösterilen iki farklı durumda gösteriyordu: Bir durum aktifti ve tümörlerle savaşıyordu, diğeri ise immün baskılayıcıydı ve tümörü korumak için bir bariyer oluşturuyordu.
NewYork-Presbiteryen/Weill Cornell Tıp Merkezi'nde onkolog olan Dr. Landau, şuraya, "Bu iki makrofaj alt kümesinin tümörün farklı bölgelerinde bulunduğunu ve farklı hücrelerle etkileşime girdiğini ve mikro ortamdaki bu farklılığın muhtemelen farklı aktivite durumlarını yönlendirdiğini görebiliyorduk."
"Tümörün bağışıklık ortamına ilişkin bu tür ayrıntılar (tümörlerdeki bağışıklık hücrelerinin seyrekliği nedeniyle çoğu zaman çözülemeyen ayrıntılar) bazı hastaların tedaviye neden yanıt verdiğini açıklamaya yardımcı olabilir." Bağışıklık güçlendirici terapi bazıları ise bunu yapmıyor ve bu nedenle gelecekteki immünoterapilerin tasarımına ışık tutabilir.”
"SPOTS'un bu ilk sürümü, elde edilen veri setinin her bir "pikselinin" en az birkaç hücre için gen aktivite bilgisini toplayacağı şekilde uzamsal bir çözünürlüğe sahiptir. Ancak araştırmacılar yakın zamanda bu çözünürlüğü tek hücrelere daraltmayı ve diğer önemli hücresel bilgi katmanlarını da eklemeyi umuyorlar."
Dergi Referans:
- Ben-Chetrit, N., Niu, X., Swett, AD ve diğerleri. Tam transkriptom mekansal profillemenin protein belirteçleriyle entegrasyonu. Nat Biyoteknoloji (2023). DOI: 10.1038/s41587-022-01536-3
