空间转录组学和蛋白质组学提供了互补的信息，改变了我们对复杂生物过程的理解。 然而，这些模式的实验整合是有限的。
一种称为空间蛋白质和转录组测序 (SPOTS) 的新方法可以以前所未有的分辨率阐明整个器官或肿瘤细胞的身份和活动。 由研究人员开发 威尔康奈尔医学、纽约长老会医院和纽约基因组中心，SPOTS 可以以前所未有的分辨率阐明整个器官或肿瘤细胞的身份和活动。
该技术保留了有关细胞精确位置的信息，同时记录基因活动模式和必需基因的存在 蛋白质 在组织样本的细胞中。 这使得创建复杂的、数据丰富的器官“地图”成为可能，包括患病器官和肿瘤，这对基础和临床研究都非常有帮助。
该研究的共同资深作者 Dan Landau 博士是血液学和肿瘤内科医学副教授，也是威尔康奈尔医学院桑德拉和爱德华·迈耶癌症中心的成员，也是纽约基因组中心的核心教员，说， “这项技术令人兴奋，因为它使我们能够以前所未有的方式绘制组织的空间组织，包括细胞类型、细胞活动和细胞间相互作用。”
这种新方法是科学家和工程师一项更大计划的一部分，旨在创造更有效的手段，在微观层面上“观察”器官和组织的功能。 近年来，研究取得了重大进展，特别是在分析单细胞或小群体基因活性和其他数据层的方法方面。 细胞。 然而，需要恢复有关组织内分析细胞的原始位置的信息，因为这些方法经常要求组织分解以及细胞与邻近细胞的分离。 这项新技术还记录空间数据，并且具有出色的分辨率。
该方法部分基于现有的 10x Genomics 技术。 它使用适合通过普通的基于显微镜的病理学方法对组织样本进行成像的载玻片，但也涂有数千个特殊的探针分子。
每个探针分子的化学“条形码”识别其在载玻片上的二维位置。 载玻片上的探针分子抓住 信使RNA （mRNA），本质上是来自邻近细胞的激活基因的转录本，当将切成薄片的组织样本放在载玻片上时，其细胞就会变得可渗透。 该过程中使用了设计抗体，它们附着在组织中感兴趣的独特探针分子和蛋白质上。
研究人员可以快速、自动地识别收集到的 mRNA 和选定的蛋白质，并将它们精确地映射到整个组织样本中的原始位置。 所产生的图可以被独立地考虑或者与样本的常规病理学成像进行比较。
在健康小鼠脾脏的组织上，研究小组使用 SPOTS 显示了该器官复杂的功能结构，包括各种细胞类型的簇、它们的功能状态，以及这些状态如何根据细胞的位置而变化。
研究人员还利用 SPOTS 绘制了小鼠乳腺肿瘤的细胞结构图，突显了其在 癌症研究。 生成的图显示巨噬细胞和免疫细胞处于两种不同的状态，每种状态都由不同的蛋白质标记表示：一种状态是活跃的并与肿瘤作斗争，而另一种状态是免疫抑制的并建立屏障来保护肿瘤。
Landau 博士是纽约长老会/威尔康奈尔医学中心的肿瘤学家， 说过, “我们可以看到，这两个巨噬细胞亚群存在于肿瘤的不同区域，并与不同的细胞相互作用，而微环境的差异可能驱动了它们不同的活动状态。”
“肿瘤免疫环境的这些细节——由于肿瘤内免疫细胞稀疏而常常无法解析的细节——可能有助于解释为什么一些患者对 免疫增强疗法 有些则不然，因此可以为未来免疫疗法的设计提供信息。”
“SPOTS 的初始版本具有空间分辨率，使得所得数据集的每个“像素”汇总了至少几个细胞的基因活动信息。 然而，研究人员希望很快将这一分辨率缩小到单个细胞，同时添加其他层的关键细胞信息。”
杂志参考：
- Ben-Chetrit, N.、Niu, X.、Swett, AD 等人。 全转录组空间分析与蛋白质标记的整合。 国家生物技术公司 （2023）。 DOI： 10.1038/s41587-022-01536-3
