空间可辨,一种新型的单细胞RNA测序技术发表

【字体: 时间:2021年04月26日 来源:生物通

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  近日,加州大学旧金山分校和加州大学伯克利分校的研究人员开发出一种高效的方法,能够同时绘制组织或肿瘤内单个细胞的多样性和空间位置。

  

在肿瘤内,并非所有的癌细胞都是相同的。在人体内,并非所有免疫细胞的功能都相同。细胞的功能在很大程度上取决于它们所在的位置。近日,加州大学旧金山分校和加州大学伯克利分校的研究人员开发出一种高效的方法,能够同时绘制组织或肿瘤内单个细胞的多样性和空间位置。

这种名为XYZeq的技术于上周发表在《Science Advances》杂志上。它将组织分割成微观网格,然后分析每个网格中完整细胞的RNA,以此来了解细胞如何在特定位置下发挥功能。这有助于了解组织结构以及疾病期间不同类型的细胞如何相互作用。

这篇论文的主要作者、加州大学旧金山分校医学副教授Chun Jimmie Ye博士称:“我们建立的方法本质上是将显微镜与单细胞测序相结合。这种技术让我们距离现代人体图谱的创建又近了一步。有了它,我们不仅能看到特定组织中包含哪些细胞,还能认清它们在组织中的位置,它们之间的关系,以及如何随着疾病而改变。”

在过去十年中,单细胞测序的出现为认识组织内的细胞多样性提供了新的思路。然而,将测序数据与细胞位置相整合,在目前来说仍然是具有挑战性的。因此,研究人员可以看到组织中包含了各种各样的细胞,但仍不清楚这些多样化的细胞是如何排列的。


XYZeq流程的示意图(图片来自原文)

在XYZeq分析中,研究人员将一片组织放在一块芯片上,这块芯片将组织分成数百个微孔,每个微孔的大小相当于一粒盐。组织内的每个细胞都用分子条形码标记,每个微孔都采用独特的条形码,就像邮政编码一样。然后将这些细胞混合并分配第二个条形码,以确保每个细胞都有唯一的标识符,就像街道地址。最后对每个细胞的RNA进行测序,结果附带了两个条形码的信息,便于研究人员了解细胞在组织中的确切位置。

为了测试这种方法的实用性和有效性,研究人员从带有肝脏和脾脏肿瘤的小鼠身上采集了组织样本。有了这种新方法,他们可以观察到组织样本中的癌细胞和健康细胞是如何相邻排布的。

他们还发现,肝脏肿瘤周围的某些细胞类型并非均匀分布。免疫细胞和特定类型的干细胞聚集在肿瘤的特定区域。此外,干细胞在某些RNA分子的表达水平上有所不同,这取决于它们与肿瘤的距离远近。

文章的共同第一作者、加州大学旧金山分校的Derek Bogdanoff表示:“如果没有XYZeq传递的空间信息,我们将永远无法看到这种模式。”研究人员暂时无法确定这种模式的意义,但他们暗示肿瘤产生的分子信号将会影响附近细胞的行为。

研究人员认为,XYZeq方法不仅能够帮助人们弄清细胞在癌症周围复杂环境中的作用,还有望揭示其他器官和疾病的细胞模式。例如,大脑中包含各种细胞,它们的物理排布也会影响它们之间的交流和信息存储。

为了开发XYZeq系统,研究人员必须打造每个单独的组件,这需要投入大量的时间和精力,并非所有研究团队都能实现。因此,他们正在想方设法扩展这项技术,让其他科学家能够轻松使用。(生物通 薄荷)

原文检索

Youjin Lee et al, XYZeq: Spatially resolved single-cell RNA sequencing reveals expression heterogeneity in the tumor microenvironment, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abg4755

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