该方法可精确定位组织中的基因活性和蛋白质

根据威尔康奈尔医学和纽约基因组中心研究人员共同领导的一项研究，一种新方法可以以前所未有的分辨率阐明整个器官或肿瘤中细胞的身份和活动。

该方法在Nature Biotechnology的一篇论文中描述，记录了组织样本中细胞中的基因活动模式和关键蛋白质的存在，同时保留了有关细胞精确位置的信息。这使得创建复杂，数据丰富的器官“地图”成为可能，包括患病器官和肿瘤，这可能在基础和临床研究中广泛使用。

“这项技术令人兴奋，因为它使我们能够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，这是前所未有的，”该研究的共同资深作者Dan Landau博士说，他是血液学和肿瘤内科医学系的医学副教授，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。

另一位共同资深作者是10x Genomics的Marlon Stoeckius，这是一家总部位于加利福尼亚州的生物技术公司，该公司生产用于分析组织样本中细胞的实验室设备。三位共同第一作者是Nir Ben-Chetrit，Xiang Niu和Ariel Swett，分别是研究期间Landau实验室的博士后研究员，研究生和研究技术员。

新方法是科学家和工程师广泛努力的一部分，旨在开发更好的方法来观察器官和组织的工作原理。近年来，研究人员取得了重大进展，特别是在分析单个或小细胞群中的基因活性和其他信息层方面。然而，这些技术通常需要溶解组织并将细胞与其邻居分离，以便丢失有关分析细胞在组织中原始位置的信息。新方法也可以以高分辨率捕获该空间信息。

该方法，空间PrOtein和转录组测序(SPOTS)，部分基于现有的10x基因组学技术。它使用的载玻片适用于使用基于显微镜的普通病理学方法对组织样本进行成像，但也涂有数千个特殊的探针分子。每个探针分子都包含一个分子“条形码”，表示其在载玻片上的二维位置。

当将薄片的组织样本放在载玻片上并且其细胞具有渗透性时，载玻片上的探针分子会抓住相邻细胞的信使RNA(mRNA)，它们本质上是活性基因的转录本。该方法包括与组织中感兴趣的蛋白质结合并与特殊探针分子结合的设计抗体。通过快速、自动化的技术，研究人员可以识别捕获的mRNA和选定的蛋白质，并将它们精确地映射到它们在组织样本中的原始位置。所得图可以单独考虑，也可以与样本的标准病理成像进行比较。

研究小组在正常小鼠脾脏的组织上展示了SPOTS，揭示了该器官的复杂功能结构，包括不同细胞类型的簇，它们的功能状态以及这些状态如何随细胞的位置而变化。

为了突出SPOTS在癌症研究中的潜力，研究人员还用它来绘制小鼠乳腺肿瘤的细胞组织。由此产生的地图描绘了称为巨噬细胞的免疫细胞处于两种不同的状态，由蛋白质标志物表示 - 一种状态活跃且抗肿瘤，另一种状态免疫抑制并形成屏障以保护肿瘤。

“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 - 微环境的差异可能驱动它们不同的活动状态，”Landau说，他也是纽约长老会/威尔康奈尔医学中心的肿瘤学家。

肿瘤免疫环境的这些细节 - 由于免疫细胞在肿瘤内的稀疏性而通常无法解决的细节 - 可能有助于解释为什么一些患者对免疫增强疗法有反应，而有些患者没有，因此可以为未来免疫疗法的设计提供信息，他补充说。

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”对至少几个细胞的基因活性信息求和。然而，研究人员希望很快将这种分辨率缩小到单细胞，同时添加其他层的关键细胞信息，Landau说。