提速、增效、更强大｜Xenium软件升级，赋能单细胞空间成像新高度！

随着研究工具及其提供的信息越来越先进，软件工具已成为推动数据探索和发现的关键一环。正如Xenium分析仪和Xenium基因与蛋白质组合一样，Xenium软件生态系统也在不断创新，助力客户的重要研究。

自2022年Xenium平台推出以来，软件功能的升级让实验设计更快速、用户体验更直观，并让Xenium数据读取更准确、更强大。本文将深入解析这些软件的优化，为您呈现Xenium平台的发展历程——从上市到现在，以及这些进步将如何让您受益。

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更快速、更便捷的定制基因组合设计

Xenium原位分析平台特有多样化的基因组合选择。这些基因组合定义了您希望以亚细胞分辨率从组织样本中检测到哪些RNA转录本。目前有多款预设计的基础基因组合，与人类和小鼠组织兼容，支持多达100个基因的定制设计；您也可以开发最多包含480个基因的完全定制基因组合，适用于更多物种。

定制化让您有能力去回答最感兴趣的研究问题。它也在推动重大的研究，因为超过70%的Xenium运行使用了定制基因组合。

Xenium Panel Designer（1）软件实现了这些无以伦比的定制功能，它就像一个自助式网站，可实现定制基因列表的设计、验证和优化。

最初的定制基因组合设计功能

自2022年Xenium平台初次发布后，短短六个月内我们就推出了Xenium Panel Designer的首个版本。10x Genomics的高级软件产品经理Michael Siddiqui博士描述了向该工具的早期版本提交设计的过程：

“我们最初采用的是表单提交模式，您需要输入化学方法、基因组合类型和多重性等信息。您需要上传特定格式的文件，并提供基因列表。关键部分在于——您需要等待。10x应用生物信息学团队的成员将为您完成设计工作。”

为什么需要等待？获得定制基因列表的质量反馈是定制基因组合设计流程中的关键环节。特定组织类型和研究条件的单细胞参考数据集有助于确定最佳的候选基因。不过，客户需自行提供参考数据，由于文件格式的要求，这项任务往往耗时且复杂。

整个过程通常需要等待一个月以上才能收到验证过的定制基因组合设计（不包括产品的运输时间）。

改进后的强大自助模式

自2022年以来，我们对Custom Panel Designer工具进行了重大改进，将其打造为自助式平台——从提供基因列表到收到产品，整个过程仅需一周到十天。

两大核心组件造就了这一自助模式：

1. 10x Genomics不断扩展的单细胞参考数据集

10x Genomics负责Xenium耗材的高级产品经理Alex Sockell博士在谈到单细胞参考数据集的扩展时指出：“我们即将推出的重大更新之一是将现有的单细胞参考数据集从30个扩展至近60个。”这些经过整理的参考数据集将供客户在设计Xenium基因组合时使用。

Custom Panel Designer中单细胞参考数据集*的截图。来源：https://www.10xgenomics.com/support/software/xenium-panel-designer/latest/tutorials/create-single-cell-reference#prebuilt-refs

*此表未涵盖所有的单细胞参考数据集。

“扩展现有的参考数据集让更广泛的客户群体能够实现这一功能。过去，您需要有丰富的生物信息学经验才能完成此流程，如今则不然。您只需要当生物学家，了解您使用的组织类型以及关注的基因即可。”

2. Custom Panel Designer工具中的算法提供即时反馈以及定制基因列表的优化建议

对于定制基因列表的验证工作，过去需要与10x计算生物学家在电子邮件中反复沟通，如今只需要在设计网站上点击按钮即可完成。

Xenium Panel Designer中定制基因组合的反馈示例以及优化建议。这份汇总图显示了每种细胞类型的基因组合利用率信息，并提出了优化方案：通过排除基因或减少每个基因的探针数量，让每种细胞类型的利用率处于推荐范围（绿色区域）。

如今，用户拥有设计迭代的选项，将控制权重新掌握在自己手里。这可能意味着删除基因组合中的某个基因，或减少某个高表达基因的探针数量。

这种自动化流程让用户能够做出明智的决策，确定如何推进某个基因组合设计及其原因。与首个版本的Custom Panel Designer工具相比，它通过更清晰的设计提示来传达这些改进方案。

资源

• 单细胞参考数据集（2）

• 知识库文章，指导您设计引起光学拥挤的基因（3）

简单的文件格式和第三方分析兼容性

面对一个同时结合了组织学和分子生物学的空间数据，我们该如何利用它呢？答案是软件。无论是第三方工具还是10x自研的工具，都最终解锁了Xenium平台的潜力，使其能够产生变革性的生物学见解。

10x Genomics的空间生物信息学产品经理Matt Cai博士表示：“Xenium平台初次亮相时的新颖之处在于，它不仅包含单细胞用户熟悉的单细胞数据，还提供高分辨率的组织背景图像以及组织内单个RNA分子的信息。”

Cai博士带领团队开发和优化Xenium平台的软件工具，包括Xenium Onboard Analysis（机载分析）和Xenium Ranger。这些工具能帮助人们理解Xenium单细胞空间成像数据。

“如何为客户提供可通过现有工具轻松读取的数据及数据格式，曾是重大挑战，” Cai博士谈道。

解决方案在于与主流的第三方分析开发商主动合作，以确保文件兼容性：

“我们的客户普遍使用社区开发的第三方软件工具。我们与开发者合作以确保其工具与Xenium平台兼容，并采用开放数据格式，让他们可清晰地看到Xenium的输出效果。这样当产品发布时，客户就能快速启用这些工具。关键在于以最顺畅的方式帮助客户上手。”

基于这些努力，主流的第三方工具可与Xenium数据输出兼容，让研究人员能够开展强大的空间分析。分析流程通常从注释组织切片中的细胞类型开始，然后扩展至：

• 背景发现：这可能涉及到寻找特定组织区域的边界（如癌变组织中的肿瘤细胞和基质），并鉴定每个区域中富集的细胞类型。研究人员可分析细胞组成在不同治疗条件或不同疾病阶段如何变化，或分析各个细胞类型如何反映疾病的严重程度或治疗应答。

• 最近邻分析：这种探索性方法较少依赖组织的形态学特征，而是更广泛地观察整张组织切片中哪些细胞类型相互关联和相互作用。

通过第三方软件Seurat分析的新鲜冷冻小鼠脑组织的Xenium数据展示了预测细胞类型注释功能及空间数据的“微环境（niche）”分析，这种方法通过空间相邻的细胞类型组成来定义组织区域。图片来源：Satija实验室，https://satijalab.org/seurat/articles/seurat5_spatial_vignette_2#mouse-brain-10x-genomics-xenium-in-situ

Xenium机载分析的优势和版本控制

Xenium机载分析是该平台最强大的软件功能之一，让研究人员能够在Xenium运行结束后立即开始探索数据。机载分析流程支持基因和蛋白表达数据分析，以及图像处理、细胞分割和转录本解码。Xenium机载分析还能够对细胞-特征矩阵进行二次分析，生成主成分分析、UMAP、图聚类、K均值聚类及差异表达分析的结果。

Xenium机载分析的定期更新一度给Xenium客户带来困扰，产品经理Matt Cai解释说：“当我们更新仪器上的软件版本时，会引入批次效应。对于开展纵向研究的客户而言，这会造成分析差异或困难，因为他们必须在大规模实验中将软件版本作为批次效应来处理。”

如今，客户可在仪器上选择机载分析版本，从而解决了批次效应带来的痛点。Cai进一步解释了这是如何实现的：“此前，我们引入了切换功能，让人们在开展长期研究时能够在不同版本的分析流程之间选择。在最新版本（v4.0）中，我们保留了切换功能，这样客户既能维持之前的主要版本，又能升级仪器软件（修复所有漏洞并提高稳定性），同时避免数据出现批次效应。”

资源

• Python语言分析Xenium数据的教程（4）

• R语言分析Xenium数据的教程（5）

专为Xenium数据打造的细胞分割算法

自Xenium平台首次发布以来，细胞分割软件的改进已成为整个平台最重要的更新之一，因为正是其功能才让Xenium数据成为“单细胞”数据。有了精准的细胞分割，才能获得精准的单细胞空间数据——才能将转录本正确分配至细胞，开展细胞分型及其他空间分析。

Xenium v1发布时采用了基于细胞核扩展的细胞分割方法。一年内，我们推出了多模态细胞分割染色方案及全新的细胞分割算法。Matt Cai解释了这种算法的重要性及其与其他细胞分割软件的差异：

“目前普遍存在一种误解，认为我们与其他的原位分析工具一样，使用了开源的细胞分割算法和细胞分割表示法。在使用现成的细胞分割模型时，这种模型可能是在常规的免疫荧光显微镜数据上训练的。因此它无法完美适配Xenium仪器的数据，从理论上说准确性会更差。”

“我们自主研发了细胞分割表示法和算法，并投入大量精力，仅使用Xenium数据来训练细胞核分割、细胞边界分割和细胞内部染色的模型。我们的模型是在更能代表客户实际分割时所用图像的数据上进行训练的。我们所做的工作与其他平台完全不同。”

多模态细胞分割染色方案及算法的结果演示，在Xenium Explorer 2.0.0中可视化。多组织染色图像包括DAPI（蓝色）、边界（洋红色）、内部RNA（黄色）和内部蛋白质（绿色）。

Xenium Ranger v4.0目前新增了针对特定细胞类型或组织微环境的细胞分割功能，可满足更复杂的分割需求。它们适用于：

• 细胞核致密的组织类型。某些组织中的细胞核过于致密，仅凭DAPI图像难以完成分割。我们更新了细胞核分割方法，将内部染色（18S rRNA标记）与DAPI染色相结合。这有助于改善视网膜或脾脏等组织的细胞核分割。

小鼠视网膜组织的Xenium数据展示了利用Xenium机载分析v4.0细胞核分割算法对致密细胞核的分割。组织制备方法详见以下文献：Budoff S & Poleg-Polsky A. En face cryosectioning of mouse retina for high-dimensional spatial molecular analysis. J Vis Exp (2025)，以及Budoff S & Poleg-Polsky A. A complete spatial map of mouse retinal ganglion cells reveals density and gene expression specializations. bioRxiv (2025)。

• 含有大细胞的组织。多模态细胞分割方法在含有大细胞的组织中表现不佳，比如肌肉、脂肪细胞和神经元。如今在Xenium Ranger中，客户可以选择“大细胞分割”功能，对直径大于25 μm的细胞进行分割。

背根神经节组织的Xenium数据展示了对大体积神经元的分割。该数据集由德克萨斯大学达拉斯分校Theodore Price博士实验室的研究人员提供。

此外，最新版本的Xenium Ranger分析软件与旧版本完全兼容。这意味着您可以通过最新版本的Xenium Ranger来重新分析之前的细胞分割结果，将其在细胞核和大细胞分割上的改进融入其中。

自2022年以来的Xenium软件升级

自2022年平台发布以来，我们对Xenium软件生态系统所做的改进让这款工具在研究中更可靠、更强大。您可以自信地使用经过训练的细胞分割算法来解析最具挑战性的组织和细胞类型。您还可以轻松调用第三方软件进行空间数据分析，灵活掌控分析进程。

不仅如此，我们欣喜地看到，这些软件改进让您的日常工作更轻松。定制化设计让您更快上手，也不再需要只有少数研究人员才具备的生物信息学经验。我们致力于让Xenium单细胞空间成像技术更普及且更可靠，而软件正是实现这一目标的关键所在。

我们在此汇总了Xenium软件生态系统自2022年以来的改进：

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参考资源：

1. https://www.10xgenomics.com/support/software/xenium-panel-designer/latest

2. https://www.10xgenomics.com/support/software/xenium-panel-designer/latest/tutorials/create-single-cell-reference#prebuilt-refs

3. https://kb.10xgenomics.com/s/article/22286042459789-Gene-causes-optical-crowding-in-Xenium-panel-design

4. https://www.10xgenomics.com/analysis-guides/xenium-downstream-analysis-in-python-tutorial

5. https://www.10xgenomics.com/analysis-guides/xenium-downstream-analysis-in-r-tutorial