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來源： M20 Genomics
2022年8月，M20推出了首個基于隨機(jī)引物的全長轉(zhuǎn)錄組單細(xì)胞測序技術(shù)M20 Seq和新一代單細(xì)胞測序平臺VITA系列，將單細(xì)胞測序研究推進(jìn)到多物種、全樣本、全轉(zhuǎn)錄組和全長序列的2.0時代。
然而，對生命機(jī)制的研究，在于理解一個個生物學(xué)過程在時空維度上的發(fā)生與調(diào)控。在時空的維度上使用新的技術(shù)對細(xì)胞及分子機(jī)制進(jìn)行更加精準(zhǔn)的解析，M20從來沒有停止過探索與創(chuàng)新的步伐。
10月19日，M20正式發(fā)布全球首個基于隨機(jī)引物的全樣本空間全轉(zhuǎn)錄組技術(shù)——“M20 Spatial”。利用公司在隨機(jī)引物上的技術(shù)優(yōu)勢，M20 Spatial將再次引領(lǐng)空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)走進(jìn)多物種、全樣本、全轉(zhuǎn)錄組和全長序列的新時代。
與傳統(tǒng)空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)相比，M20 Spatial在應(yīng)用物種、樣本保存類型、捕獲RNA種類及全長序列無偏覆蓋等方面實現(xiàn)了創(chuàng)新突破，將有助于提高空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)在科研及臨床多領(lǐng)域中的應(yīng)用價值，并且更大拓寬空間轉(zhuǎn)錄組研究帶來的信息與視野，從而進(jìn)一步助力生物醫(yī)藥領(lǐng)域獲取更多前沿突破。
01空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)是生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域振奮人心的技術(shù)突破之一，被 Nature Methods評為 2020 年 “年度技術(shù)”。自此，空間轉(zhuǎn)錄組在科學(xué)研究中的應(yīng)用快速擴(kuò)大，論文發(fā)表逐年遞增，呈井噴之勢（圖1），其相關(guān)應(yīng)用方向和產(chǎn)業(yè)落地進(jìn)展也不斷加速，種種進(jìn)步對于理解細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、腫瘤生物學(xué)等關(guān)鍵方面都顯得至關(guān)重要。
和常規(guī)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組相比，空間轉(zhuǎn)錄組能夠?qū)⒓?xì)胞類型及基因表達(dá)與空間位置對應(yīng)起來，深入理解不同細(xì)胞亞型/狀態(tài)的空間分布，精準(zhǔn)分析細(xì)胞互作及其分子機(jī)制，為生物醫(yī)藥研究提供了具備獨特優(yōu)勢的利器。
目前，空間轉(zhuǎn)錄組的技術(shù)路線目前已多達(dá)十多種，其中不少已經(jīng)商業(yè)化，并廣泛應(yīng)用于組織細(xì)胞功能、器官發(fā)育追蹤、腫瘤微環(huán)境分析、病理及疾病機(jī)制挖掘等方向，在神經(jīng)科學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、腫瘤研究和免疫學(xué)中展現(xiàn)出了巨大的潛力。
然而，挑戰(zhàn)依然存在——當(dāng)前大部分空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)僅能用于新鮮與凍存樣本，對于臨床常見的FFPE樣本來說，能使用的空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)依舊寥寥無幾。即使是目前已經(jīng)商業(yè)化的FFPE空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，對轉(zhuǎn)錄組的檢測均基于靶向編碼區(qū)特定序列的探針捕獲原理，因此難以捕獲靶向區(qū)域以外的信息，更無法捕獲非編碼RNA的信息。而基于完整編碼RNA序列進(jìn)行的基因融合、可變剪接分析，以及非編碼RNA方面的研究，恰恰是病理、神經(jīng)、腫瘤、免疫等方面研究頗受關(guān)注的前沿方向 [2-4]。
02多物種、全樣本、全長序列的空間全轉(zhuǎn)錄組技術(shù)—— M20 Spatial
為了突破上述瓶頸，基于M20 Genomics在隨機(jī)引物方面深厚的技術(shù)積淀，公司革命性地推出全球首個基于隨機(jī)引物的全樣本空間全轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，并將其命名為“M20 Spatial”。
與現(xiàn)有的其它空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)相比，M20 Spatial最突出的特點有：
1全樣本類型
M20 Spatial不僅可用于新鮮樣本、凍存樣本，還適用于FFPE樣本，解決了FFPE樣本空間轉(zhuǎn)錄組方法受限的難題，使研究不再受限于樣本類型、時間、地域，更適合實驗室中心化檢測模式；
2全轉(zhuǎn)錄組
M20 Spatial可對全轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行無偏好的捕獲，因此可實現(xiàn)對非編碼RNA（如lncRNA）的研究，為研究和檢測癌癥等疾病帶來全新的分析技術(shù)和工具；
3全長序列
M20 Spatial可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)錄組全長序列的捕獲，從而獲得全長轉(zhuǎn)錄組的完整信息，在空間組層面實現(xiàn)對基因融合、可變剪切等信息的深入挖掘。
03M20 Spatial技術(shù)性能實測
FFPE（formalin fixation and paraffin embedding）樣本，即福爾馬林固定石蠟包埋的組織樣本。它承載了眾多病理的關(guān)鍵信息，可長期在室溫條件下保存，是病理科當(dāng)之無愧的“瑰寶”。在世界范圍內(nèi)，大約有數(shù)十億份組織樣品存儲在醫(yī)院或生物樣本庫中，其中絕大多數(shù)為FFPE樣本。
但是，由于福爾馬林的固定，F(xiàn)FPE樣本組織中的核酸也容易發(fā)生不同程度的降解和分子間的交聯(lián)，石蠟的高溫滲入過程也會進(jìn)一步加速核酸的降解。此外，保存的時間及環(huán)境對樣品中的核酸也有巨大的影響。因此，從FFPE樣本中捕獲到高質(zhì)量的RNA，并構(gòu)建出信息完整、無偏好、可用于單細(xì)胞組學(xué)和空間組學(xué)研究的轉(zhuǎn)錄本，難度向來比新鮮和凍存樣本更大，能使用的空間轉(zhuǎn)錄組平臺也極為有限。
M20使用M20 Spatial技術(shù)對多種人及小鼠組織的FFPE樣本進(jìn)行了測試，均顯示出優(yōu)異性能。在此，以心臟、腦等小鼠FFPE組織為例，和大家分享M20 Spatial在FFPE樣本中的實測數(shù)據(jù)：獲取高精度的空間轉(zhuǎn)錄組信息
M20 Spatial在小鼠心臟FFPE切片中實現(xiàn)了高靈敏度的轉(zhuǎn)錄組捕獲，在3,048個位點中，測得的總基因數(shù)為31,072。每個直徑50 ?的位點中，中值基因數(shù)為3,651。
在不同物種以及組織類型的FFPE樣本測試中，M20 Spatial均可識別多種細(xì)胞亞群。
以小鼠心臟、腦、腎臟等各個器官的FFPE樣本為例，通過UMAP降維聚類，均能根據(jù)轉(zhuǎn)錄組的差異識別出多個細(xì)胞亞群（圖5-7）。
同時，這些分群在樣本切片上的空間映射圖顯示，通過M20 Spatial發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞亞群對應(yīng)著器官中各個不同組織的細(xì)胞（圖5-7）。對于像腦這樣較為復(fù)雜、不同區(qū)域細(xì)胞類型區(qū)別較大的器官，M20 Spatial的分群數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)出不同腦區(qū)的空間組織。
這些數(shù)據(jù)顯示，M20 Spatial可以準(zhǔn)確識別出在空間分布和轉(zhuǎn)錄組層面存在異質(zhì)性的細(xì)胞亞群，非常適合用來對組織和器官中細(xì)胞間的空間異質(zhì)性進(jìn)行深入挖掘。
現(xiàn)有的空間轉(zhuǎn)錄組平臺均基于polyA探針或其它靶向探針捕獲，有較強(qiáng)偏好性，因此獲得的轉(zhuǎn)錄組信息存在較強(qiáng)的3’端偏好性或靶向區(qū)域偏好性。
M20 Spatial利用隨機(jī)引物的優(yōu)勢，革命性地突破了上述偏好性限制，在無需結(jié)合三代測序的前提下，首次實現(xiàn)了空間轉(zhuǎn)錄組對gene body序列的無偏好全長覆蓋。
M20 Spatial革命性地突破了空間轉(zhuǎn)錄組僅檢測轉(zhuǎn)錄組編碼區(qū)的局限，首次在多種樣本類型的空間轉(zhuǎn)錄組中實現(xiàn)了對全轉(zhuǎn)錄組RNA的檢測。
在非編碼RNA中，lncRNA參與癌癥發(fā)生發(fā)展、免疫、應(yīng)激、神經(jīng)活動等多種生物學(xué)過程的調(diào)控，是近年科研的前沿?zé)狳c。M20 Spatial在小鼠FFPE樣本中檢測lncRNA占到總檢出RNA的2%-10%（圖9-11），使空間轉(zhuǎn)錄組提供的信息更加深入和全面。
M20發(fā)布的創(chuàng)新性空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)M20 Spatial，不僅實現(xiàn)了不受樣本類型局限的空間轉(zhuǎn)錄組分析，更打破了以往空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)只能捕獲編碼區(qū)小部分轉(zhuǎn)錄組信息的局限，提供了前所未有的全面、深入的空間轉(zhuǎn)錄組信息，進(jìn)一步拓展了空間轉(zhuǎn)錄組在神經(jīng)、病理、腫瘤、免疫等領(lǐng)域的應(yīng)用?；贛20 Spatial技術(shù)，M20將于近期推出新一代空間轉(zhuǎn)錄組平臺NATA系列，敬請期待。
