【企业资讯】10x Genomics单细胞、空间和原位解决方案助力绘制高分辨率乳腺癌FFPE组织的…

2013年，单细胞组学技术被Nature Methods选为“Method of the Year”，利用该技术可以捕获到单个细胞的DNA和RNA信息，从而使我们更加深入地理解细胞之间的“异质性”。之后，单细胞组学技术快速发展，表观组、空间组学等的加入进一步拓展了我们对细胞的认识，2019年，单细胞多组学技术被选为“Method of the Year”。当然，单细胞技术的快速发展不仅体现在全世界众多的实验室选择单细胞测序作为重要的实验手段以及逐年增多的文章中，更是体现在商业上的成功，而其中最重要的参与者就是2012年在美国成立的10x Genomics公司。

10x Genomics公司拥有解决单细胞测序的Chromium单细胞方案和解决空间组学的Visium空间技术方案，前者具有单细胞分辨率但是缺乏空间信息，后者正好相反，因此这两种技术也具有很好的互补应用效果，但这两种技术在解析原位信息方面仍有所欠缺。因此亟需一种可以在不破坏结构完整性的情况下，具有高复合度、高通量、可读取空间信息、具有亚细胞分辨率，同时兼容新鲜组织和石蜡包埋组织（formalin-fixed paraffin embedded，FFPE）的方法。

近日，10x Genomics的Sarah Taylor团队在bioRxiv上发表了文章High resolution mapping of the breast cancer tumor microenvironment using integrated single cell, spatial and in situ analysis of FFPE tissue，开发了新型原位技术—Xenium原位技术解决方案。该技术兼具上述特征，同时还可以在同一张染色切片上实现大区域成像和基因表达信息整合。研究人员选择乳腺导管原位癌组织连续切片，同时使用了Chromium单细胞（FFPE-Seq）、Visium空间技术和Xenium原位技术方案作为对比，为我们详细展示了三种技术的高度互补性，以及Xenium方案在亚细胞空间分辨率上的强大优势。

研究人员选择了乳腺癌作为测试对象，使用连续切片分别进行了Chromium单细胞和Visium空间技术方案处理，可以很好地提供单细胞异质性信息和空间信息，两者的整合也有助于定位样本中细胞类型和基因表达情况。但是美中不足的是，对于多细胞类型近距离共存区域并不能精准地进行空间上的分辨，例如，在原位导管癌、肌上皮、免疫和基质标记物存在大量重叠现象以及存在多种细胞类型混合的未注释Visium区域。

接下来，研究人员引入了Xenium原位技术方案，该实验的大致流程如下：首先将5μm厚的组织切片放置于Xenium玻片上，特异性DNA探针会与所靶向的mRNA进行杂交和链接，以进行滚环式扩增，之后放入Xenium Analyzer仪器中进行多轮荧光探针杂交和成像。在该方案中，每一个基因都具有各自独特的光学特征，从而有助于解码目标基因在整个组织切片上进行进行空间转录组图谱绘制。Xenium原位技术方案的初始商业化版本支持400个基因和100个定制化基因组合方案。在该项乳腺癌分析实验中，研究人员选择了280个基因和33个定制化基因共计313个基因，经过基因解码和成像之后，为我们展示了完整的乳腺癌结构信息（下图A-C）。Xenium数据进行了细胞分割进行了细胞边界界定，在此处所采用的参数是DAPI细胞核区向外延展15μm或者接触到下一个细胞，利用Xenium Explorer软件可以很清晰的看到细胞边界（下图D）。通过此项分析，研究人员共观察到了167,885个细胞，共计36,944,521个转录本，中位数每个细胞166个转录本（下图E,F）。

那么，313个基因的Xenium定制化基因组合方案是否可以精准地区分细胞类型呢？研究人员将这些数据与Chromium单细胞（FFPE-Seq）进行比对，发现Xenium数据中92%的细胞可以精准地归入某一类细胞类型，证明了Xenium原位技术在细胞异质性挖掘中的能力（下图）。基于10x Genomics全新的Fixed-RNA技术的单细胞FFPE解决方案的基因中位数检测灵敏度要高于10x Genomics现有的3'基因表达和5'基因表达，Xenium原位技术灵敏度则是FFPE-seq的1.4倍。那么，Xenium原位技术的空间信息注释方面的能力如何呢？研究人员继续将其与Visium空间技术进行对比。通过对共同捕获区域进行对比，尽管在Visium空间技术获取的转录本要优于Xenium原位技术，但是两者仍能表现出一致的空间表达情况，例如肿瘤相关的上皮标志物TACSTD2（下图C-D）。但是Xenium原位技术的灵敏性比Visium空间技术高8.4倍，特异性方面也要优于Visium空间技术（下图F-G）。而Xenium原位技术真正的优势是在多细胞类型近距离接触的情况下以高分辨率在空间上定位多个基因，而这一特点正是Chromium单细胞和Visium空间技术所欠缺的，这也是研究人员在关注非典型导管增生区域时可以清晰的定位八种细胞类型的标记物的技术支撑（下图H-J）。Xenium原位技术的强大能力不仅仅如此，其还可以实现在同一张切片上进行蛋白质和RNA成像，而这一优势也是很少有技术能够实现的（下图）。更重要的是，Xenium原位技术可以与Chromium单细胞（FFPE-seq）、Visum空间技术进行高效的数据整合，以实现对肿瘤微环境中细胞类型的解析、不同基因表达的分析和特定生理病理结构区域下的基因表达信息解码，当然，在该篇文章中，研究人员在乳腺导管原位癌中对三种解决方案所提供的不同数据进行了整合展示。总之，在这项工作中，10x Genomics的研究人员为我们展示其产品——Chromium单细胞、Visium空间技术和Xenium原位技术在空间组学的表现和其之间的强势互补。尤其是Xenium原位技术可以凭借其原位空间高分辨率特性将会对我们理解包括肿瘤微环境、细胞特异性、生物发育等方面带来一场全新的改变。

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原标题：《【企业资讯】10x Genomics单细胞、空间和原位解决方案助力绘制高分辨率乳腺癌FFPE组织的肿瘤微环境图谱》

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