空间多组学测序技术的意义、原理及实验流程

基于微流体条码标记的空间多组学测序技术（DBiT-seq技术）

1、基于微流体条码标记的空间多组学测序技术（DBiT-seq技术）研究的意义

细胞中基因的表达是严格按照时间和空间顺序发生，因此细胞类型和基因表达具有时间特异性和空间特异性。时间特异性可以通过收集不同时间点的样本进行单细胞转录组测序分析。但是scRNA-Seq在单细胞悬液制备过程中破坏了细胞的空间结构，无法给出固态异质化组织中细胞空间排布信息。因传统的单细胞基因研究丧失了细胞的空间信息，而机体的细胞发挥作用也是与细胞所处的空间位置和环境信息有关的。空间转录组可以解决这些问题，通过组织切片细胞的空间信息，在保留组织形态结构的基础上，获得细胞/基因/蛋白质的空间表达特异性。

目前可以用于研究细胞空间位置信息的方法有两种：“荧光原位杂化后基于光学成像”和“基于测序技术”的空间分子图谱分析。荧光原位杂化后基于光学成像方法技术难度高，且耗时、通量低，只能分析有限的知道序列的mRNAs，不易推广到其他组学。DBiT-seq技术的RNA逆转录过程是在细胞内进行的，而不是释放细胞进行。目前该领域的研究空间分辨率可以达到10um，接近单细胞水平。

2、基于微流体条码标记的空间多组学测序技术（DBiT-seq技术）的原理

如图1所示：基于微流体条码标记的空间多组学测序技术（DBiT-seq技术）的原理是利用微流控芯片技术，对切片组织进行编码，通过在组织中使用确定性条形码进行空间组测序，从而实现在切片组织中共同绘制mRNA和蛋白质定位。

图1

3、基于微流体条码标记的空间多组学测序技术（DBiT-seq技术）的实验流程

基于微流体条码标记的空间多组学测序技术（DBiT-seq技术）的实验流程一般包含如下步骤，如图2所示：

(1)组织切片制备、优化后固定放置在载玻片上

(2)向组织切片添加DNA抗体偶联物的混合物（ADTs）

(3)将1片PDMS材质的空间转录芯片覆盖在组织切片上，然后放置于空间转录夹具，整个微流控装置采用负压进样，给切片组织标记条码A1,A2......A50，Am和ADTs；

(4)将前一步的PDMS空间转录芯片取下，更换新的1片PDMS材质的空间转录芯片，进样方向与上一步垂直，给切片组织标记条码B1,B2......B50，Bn和ADTs

(5)以上步骤，完成了基于微流体条码标记的切片组织，然后可以进行组织成像；组织成像之后，提取并收集组织中的cDNA，采用NGS或者其他技术进行高通量测序。这里测序得到的基因，带有二维（Am，Bn）的位置信息，因此可以获得细胞/基因/蛋白质的空间对应信息。

图2

4、基于微流体条码标记的空间多组学测序技术（DBiT-seq技术）的应用

(1)病理学研究：通过添加基因表达维度，得出形态学结论；

(2)免疫学研究：研究免疫细胞中的基因表达特征、免疫细胞的浸润表现等；

(3)发育生物学研究：用于发现组织背景中与形态形成有关的基因等；

(4)神经科学研究：用于绘制大脑的各个细胞层、区分正常与患病的大脑解剖特征等；

(5)肿瘤学研究：如肿瘤微环境、肿瘤异质性、病程进展、癌症形态、肿瘤浸润淋巴细胞相关基因表达等。

5、基于微流体条码标记的空间多组学测序技术（DBiT-seq技术）研究的夹具和芯片

所示是空间转录夹具ZXDBiT-seq01，该款夹具可以实现对空间转录芯片的装配固定和负压进样操作，夹具由金属和树脂材料加工而成，四周螺丝锁紧，使用简便，不易漏液。该款夹具适配图4所示的空间转录芯片，材质为PDMS，每组空间转录芯片包含2片芯片，从而实现图2所示垂直两个方向的标记物（50种）进样操作。

所示的夹具和芯片是标准品，可根据课题研究需要定制加工更高分辨率和更多标记条码的产品。