单细胞分析是一种非常有用的工具，可以研究细胞间的变异，应用领域包括肿瘤生物学而且微生物学。然而，细胞并不是孤立存在的——它们在很大程度上受到组织内环境和环境的影响。在这方面，空间生物学技术可以改进单细胞分析，提供对细胞环境和相互作用的深入了解，并更详细地了解其生物学功能。
要了解更多空间生物学方法的好处和应用，188金宝搏备用采访了Vikram Devgan博士，空间基因组学业务部门负责人NanoString技术。
Sarah Whelan (SW):你能给我们介绍一下什么是空间生物学及其意义吗?
Vikram Devgan (VD):空间生物学是对细胞在其原生组织环境中的研究，具有前所未有的“plex”和分辨率。空间生物学结合形态评估的组织与定量的高plex基因和蛋白表达在细胞分辨率。术语“空间”今天最常用于描述保留形态学完整背景信息的方法，同时提供关于细胞生物学的大量信息。空间生物学的“空间”部分已经存在很长时间了。新出现的是“信息量大”和“高度复杂”的部分。空间组学是指同时全面测量细胞和组织内成百上千个转录物或蛋白质，在保留空间背景的情况下，生成关于细胞表达谱、状态和功能的高含量数据的分析方法。
空间生物学方法通过在组织学背景下对细胞进行高plex生物标志物表达分析，开辟了一个新的发现前沿。当你可以在保留空间背景的情况下直接测量细胞中的数千个生物标志物时，这使研究人员能够揭示细胞和组织内部的生物关系和机制，这些关系和机制过于复杂或微妙，无法用任何其他技术来揭示。随着这一令人兴奋的新领域的进一步发展，它将带来对人类健康和疾病的新理解，以及对生物学的更全面的研究。
SW:与其他类型的单细胞或显微镜分析相比，空间成像技术的优势是什么?
VD:与其他单细胞方法相比，空间成像技术的好处是可以分析所有的细胞原位，这样就不会留下任何细胞。分子分析物直接从细胞内进行分析，这些细胞在其组织学背景下进行分析。所有信息都被捕获并集成，以提供完整的图像。高plex空间成像方法利用循环荧光显微镜来平行分析大量的分析物。这允许形态和组织学信息的集成，以生成高分辨率和高信息含量的组织地图。重要的是，空间成像技术能够基于核和细胞边界标记进行细胞分割，因此可以将分析物专门分配给它们所属的细胞，并在数据中捕获形态信息，如形状、大小、位置和体积以及细胞图像。这使得数据能够捕捉组织内细胞类型的空间分布和多样性，罕见细胞发现，表达的空间模式/梯度和微环境。
其他类型的转录组学和蛋白质组学单细胞分析(如单细胞RNA测序、流式细胞术、海量细胞术、单细胞western blotting、基于液滴的微流控免疫分析等)可以提供大量关于单个细胞生物学的信息，但它们缺乏空间信息并引入组织解离相关偏向。
其他类型的基于显微镜的RNA和蛋白质表达分析，如免疫组织化学(IHC)，免疫荧光(IF)或原位杂交(伊什)可以提供空间上下文，但信息的广度和深度有限，缺乏实现高复杂性分析和单单元数据处理的工作流程、自动化和分析方法。
SW:你能解释一下NanoString创新的CosMx™空间分子成像仪(SMI)系统的工作原理吗?
VD:CosMx空间分子成像仪(SMI)是第一个以细胞和亚细胞分辨率为完整的福尔马林固定石蜡包封(FFPE)和新鲜冷冻(FF)样品提供前所未有的高plex多组学的空间生物学平台。CosMx SMI平台能够对超过1000种RNA和超过64种蛋白质靶点进行空间分辨率、高plex数字定量。
CosMx RNA和蛋白质分析化学是一种无扩增的单分子编码方法，它依赖于ISH探针和荧光读出探针来检测完整组织切片中的单个RNA分子或空间定义的蛋白质信号。该检测利用重组抗体和/或ISH RNA探针，共价连接到小的(~20 nm)高信息含量(64位编码)单分子成像条形码。CosMx的工作流程包括一个精简的隔夜样品制备协议，包括ISH探针与载玻片上的组织杂交，然后将载玻片组装成流式细胞。它们被放置在SMI仪器的流体套中，可以容纳多达四个载玻片。CosMx SMI独特地使用蛋白质成像结合高plex RNA检测提供真正的细胞边界检测。CosMx SMI是一项综合技术，提供可定制的预定义面板、样品准备套件、集成读数和直观的数据分析(包括自动细胞类型识别、UMAP、差异表达分析、亚细胞定位等)，并带有交互式查看器，以满足端到端研究需求。
斯蒂芬尼:CosMx系统的一些主要应用是什么?
VD:与high-plex原位通过分析，CosMx SMI允许研究人员查看哪些细胞存在，它们在组织中的位置，它们的生物标志物共表达模式，以及它们如何组织和相互作用以影响组织微环境，所有这些都只需一个实验。由CosMx SMI启用的主要应用程序有:
- 细胞图谱/细胞分型。使用已知RNA和蛋白质靶标的表达谱轻松发现和绘制细胞类型。
- 组织微环境制图。通过检查单个细胞及其相互作用的相邻细胞来了解细胞的邻居。
- 揭示配体-受体相互作用。分析相互作用细胞之间多达100个经典配体-受体对的表达和相互作用。
- 生物标志物的发现。揭示差异基因表达和通路在相同的细胞类型取决于他们的空间位置。
- 疾病状态评估。可视化和量化健康组织和病变组织中的分子(RNA/蛋白质)和细胞组织变化。
SW:分析FFPE组织的困难是什么? NanoString的技术是如何克服这一困难的?
VD:FFPE样品是出了名的难以进行分子分析，具有高变异性，低收率，在许多情况下，高降解。NanoString十多年来一直在解决FFPE挑战，从nCounter®基因表达系统开始，然后是GeoMx®数字空间分析器(DSP)系统，现在我们将这些知识应用于CosMx SMI系统。机械上，基于放大的方法，如滚动循环放大，要求转录本基本完整，并可有效检测。NanoString独特的探针检测消除了FFPE的挑战，利用分子“条形码”和单分子成像，在单个反应中直接杂交和检测数百个独特的转录本，而不需要任何可能引入偏差的放大步骤。
SW:据我所知，NanoString正在发布一个基于云的信息学解决方案，名为AtoMx™空间信息学平台(SIP)。你能告诉我更多关于AtoMx解决方案的信息吗?为什么它是独一无二的?
VD:AtoMx SIP是第一个基于云的信息学平台，提供安全、可扩展的存储和分析，空间生物学研究人员需要驱动他们的工作流程，从研究设计到同行评审的出版。AtoMx SIP与CosMx SMI平台和GeoMx DSP兼容，支持跨多个实验室和机构的生物学相关规模的研究。AtoMx消除了实验室投资自己昂贵的信息基础设施的需要，并将空间生物学分析的计算时间从几天缩短到几个小时。用户可以灵活地应用AtoMx预定义的数据分析管道，使用自己的代码定制这些管道，或者访问由生物信息学社区开发的开源工具。此外，用户可以轻松地从任何地方访问数据，并与任何人共享。
Vikram Devgan博士接受了技术网络科学作家Sarah Whelan的采访。188金宝搏备用
