Nature子刊：新技术提升空间转录组分析的分辨率

基于测序的空间转录组学方法能够实现全转录组范围的基因表达分析，但其分辨率仍不及基于成像的方法（200-300 nm）。

2021年，密歇根大学的研究人员开发出一种名为Seq-Scope的技术，能够以亚微米分辨率绘制完整组织内的基因活性。他们利用Illumina测序仪检测所有表达的mRNA分子，并精确定位其在组织中的位置。

近日，由Jun Hee Lee教授领导的Seq-Scope研发团队将这项技术推向新高度。他们的研究成果于2月10日发表在《Nature Communications》在线版上。

“我们曾设想，若拥有更高的分辨率，我们会观察到什么，”密歇根大学安娜堡分校的Lee博士说。“但我们意识到，这在物理层面上根本无法实现。”

原因何在？

基于NGS的空间条形码测序技术，其空间条形码间距受限于0.5 μm。此外，组织透化和捕获过程中的RNA扩散进一步加剧了这一限制，使有效分辨率降至1-3 μm。

为突破这一限制，研究人员将目标组织按比例放大，具体方法是将组织包埋在水凝胶中，然后注水使其膨胀。

这种创新使得空间特征密度提升了一个数量级，每平方毫米可生成数千万个数据点。此外，按比例的组织膨胀技术可减少变形并限制RNA扩散。

“我们将组织放大，再利用Seq-Scope方法进行分析，” Lee博士解释说。“我们成功证明该技术能够精确捕获组织中的转录组信息。”

利用这种名为Seq-Scope-X（Seq-Scope-eXpanded）的方法，研究人员能够以更高的分辨率观察细胞之间的界限，甚至观察细胞内不同结构的转录本。

在肝组织中，这种方法能解析几乎每个细胞的细胞核和细胞质区室，揭示其转录组模式的广泛差异。经过成像方法的独立验证，这些结果表明每个肝细胞可动态切换其代谢作用。

Seq-Scope-X技术同样适用于脑部和结肠组织，并可扩展至空间蛋白质组学领域。在小鼠脾脏和人类扁桃体中，它支持使用数百种条形码标记的抗体进行大规模蛋白质组学分析。

研究人员表示，通过缩小测序法和成像法之间的差距，这种整合方法为深入了解不同组织中的细胞结构、亚细胞异质性和疾病机制铺平了道路。

“我们已将分辨率提升了一个数量级，以便获取更丰富的信息。这项技术发展迅猛，过去十年间分辨率每年提升约四倍，” Lee博士谈道。