Phiên mã không gian và proteomics cung cấp thông tin bổ sung làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về các quá trình sinh học phức tạp. Tuy nhiên, việc tích hợp thử nghiệm các phương thức này còn hạn chế.
Một phương pháp mới gọi là Spatial PrOtein và Transcriptome Sequencing (SPOTS) có thể làm sáng tỏ danh tính và hoạt động của các tế bào trên khắp một cơ quan hoặc khối u ở độ phân giải chưa từng có. Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Thuốc Cornell, NewYork-Presbyterian và Trung tâm bộ gen New York, SPOTS có thể làm sáng tỏ danh tính và hoạt động của các tế bào trên khắp một cơ quan hoặc khối u ở độ phân giải chưa từng có.
Kỹ thuật này lưu giữ thông tin về vị trí chính xác của tế bào trong khi ghi lại các kiểu hoạt động của gen và sự hiện diện của các chất thiết yếu. protein trong các tế bào trên các mẫu mô. Điều này cho phép tạo ra các “bản đồ” cơ quan phức tạp, giàu dữ liệu, bao gồm các cơ quan bị bệnh và khối u, có thể cực kỳ hữu ích trong cả nghiên cứu cơ bản và lâm sàng.
Đồng tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ Dan Landau, phó giáo sư y khoa tại Khoa Huyết học và Ung thư Y khoa, đồng thời là thành viên của Trung tâm Ung thư Sandra và Edward Meyer tại Weill Cornell Medicine và là giảng viên cốt lõi tại Trung tâm Bộ gen New York, nói, “Công nghệ này rất thú vị vì nó cho phép chúng tôi lập bản đồ tổ chức không gian của các mô, bao gồm các loại tế bào, hoạt động của tế bào và các tương tác giữa tế bào với tế bào, hơn bao giờ hết”.
Cách tiếp cận mới này là một phần trong sáng kiến lớn hơn của các nhà khoa học và kỹ sư nhằm tạo ra các phương tiện hiệu quả hơn để “nhìn thấy” ở cấp độ vi mô cách các cơ quan và mô hoạt động. Những năm gần đây đã chứng kiến những tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu, đặc biệt là các phương pháp lập hồ sơ hoạt động của gen và các lớp dữ liệu khác trong các tế bào đơn lẻ hoặc các nhóm nhỏ tế bào. tế bào. Tuy nhiên, thông tin liên quan đến vị trí ban đầu của các tế bào đã được định hình trong các mô cần phải được phục hồi vì các phương pháp này thường yêu cầu phá vỡ các mô và tách các tế bào khỏi các tế bào lân cận của chúng. Kỹ thuật mới cũng ghi lại dữ liệu không gian đó và nó thực hiện điều đó với độ phân giải tuyệt vời.
Phương pháp này một phần dựa trên công nghệ Genomics 10x hiện có. Nó sử dụng các phiến kính thích hợp để chụp ảnh các mẫu mô bằng các phương pháp bệnh lý dựa trên kính hiển vi thông thường nhưng cũng được phủ hàng nghìn phân tử thăm dò cụ thể.
“Mã vạch” hóa học của mỗi phân tử thăm dò xác định vị trí hai chiều của nó trên slide. Các phân tử thăm dò trên slide lấy RNA thông tin (mRNA), về cơ bản là bản phiên mã của các gen được kích hoạt, từ các tế bào lân cận khi một mẫu mô được cắt lát mỏng được đặt trên phiến kính, các tế bào của nó sẽ có tính thấm. Các kháng thể thiết kế được sử dụng trong quy trình và chúng gắn vào các phân tử thăm dò và protein quan tâm trong mô.
Các nhà nghiên cứu có thể nhanh chóng và tự động xác định các mRNA đã thu thập và các protein được chọn, đồng thời ánh xạ chính xác chúng đến vị trí ban đầu của chúng trong toàn bộ mẫu mô. Các bản đồ được tạo ra có thể được xem xét độc lập hoặc so sánh với hình ảnh bệnh lý thông thường của mẫu.
Trên mô từ lá lách của một con chuột khỏe mạnh, nhóm nghiên cứu đã sử dụng SPOTS để hiển thị cấu trúc chức năng phức tạp của cơ quan này, bao gồm các cụm tế bào khác nhau, trạng thái chức năng của chúng và cách các trạng thái đó thay đổi tùy thuộc vào vị trí của tế bào.
Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng SPOTS để lập bản đồ cấu trúc tế bào của khối u vú chuột, làm nổi bật tiềm năng sử dụng của nó trong điều trị bệnh. nghiên cứu ung thư. Bản đồ được tạo ra cho thấy các đại thực bào và tế bào miễn dịch ở hai trạng thái khác nhau, mỗi trạng thái được biểu thị bằng một dấu hiệu protein khác nhau: một tình trạng là đang hoạt động và chiến đấu với các khối u, trong khi tình trạng còn lại là ức chế miễn dịch và thiết lập một rào cản để che chắn khối u.
Tiến sĩ Landau, bác sĩ chuyên khoa ung thư tại Trung tâm Y tế NewYork-Presbyterian/Weill Cornell, nói, “Chúng ta có thể thấy rằng hai tập hợp đại thực bào này được tìm thấy ở các khu vực khác nhau của khối u và tương tác với các tế bào khác nhau – và sự khác biệt trong môi trường vi mô có thể thúc đẩy trạng thái hoạt động riêng biệt của chúng”.
“Những chi tiết như vậy về môi trường miễn dịch của khối u – những chi tiết thường không thể giải quyết được do sự thưa thớt của các tế bào miễn dịch trong khối u – có thể giúp giải thích tại sao một số bệnh nhân lại phản ứng với liệu pháp điều trị. liệu pháp tăng cường miễn dịch và một số thì không, và do đó có thể cung cấp thông tin cho việc thiết kế các liệu pháp miễn dịch trong tương lai.”
“Phiên bản ban đầu này của SPOTS có độ phân giải không gian sao cho mỗi “pixel” của tập dữ liệu thu được tổng hợp thông tin hoạt động gen của ít nhất một số ô. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ sớm thu hẹp độ phân giải này thành các ô đơn lẻ đồng thời bổ sung thêm các lớp thông tin quan trọng khác của tế bào.”
Tạp chí tham khảo:
- Ben-Chetrit, N., Niu, X., Swett, AD và cộng sự. Tích hợp toàn bộ hồ sơ không gian phiên mã với các dấu hiệu protein. Công nghệ sinh học Nat (Năm 2023). DOI: 10.1038/s41587-022-01536-3
