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來源： M20 Genomics
2022年8月，M20推出了首個基于隨機引物的全長轉錄組單細胞測序技術M20 Seq和新一代單細胞測序平臺VITA系列，將單細胞測序研究推進到多物種、全樣本、全轉錄組和全長序列的2.0時代。
然而，對生命機制的研究，在于理解一個個生物學過程在時空維度上的發(fā)生與調(diào)控。在時空的維度上使用新的技術對細胞及分子機制進行更加精準的解析，M20從來沒有停止過探索與創(chuàng)新的步伐。
10月19日，M20正式發(fā)布全球首個基于隨機引物的全樣本空間全轉錄組技術——“M20 Spatial”。利用公司在隨機引物上的技術優(yōu)勢，M20 Spatial將再次引領空間轉錄組技術走進多物種、全樣本、全轉錄組和全長序列的新時代。
與傳統(tǒng)空間轉錄組技術相比，M20 Spatial在應用物種、樣本保存類型、捕獲RNA種類及全長序列無偏覆蓋等方面實現(xiàn)了創(chuàng)新突破，將有助于提高空間轉錄組技術在科研及臨床多領域中的應用價值，并且更大拓寬空間轉錄組研究帶來的信息與視野，從而進一步助力生物醫(yī)藥領域獲取更多前沿突破。
01空間轉錄組技術的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
空間轉錄組學技術是生命科學和醫(yī)學領域振奮人心的技術突破之一，被 Nature Methods評為 2020 年 “年度技術”。自此，空間轉錄組在科學研究中的應用快速擴大，論文發(fā)表逐年遞增，呈井噴之勢（圖1），其相關應用方向和產(chǎn)業(yè)落地進展也不斷加速，種種進步對于理解細胞生物學、發(fā)育生物學、神經(jīng)生物學、腫瘤生物學等關鍵方面都顯得至關重要。
和常規(guī)單細胞轉錄組相比，空間轉錄組能夠將細胞類型及基因表達與空間位置對應起來，深入理解不同細胞亞型/狀態(tài)的空間分布，精準分析細胞互作及其分子機制，為生物醫(yī)藥研究提供了具備獨特優(yōu)勢的利器。
目前，空間轉錄組的技術路線目前已多達十多種，其中不少已經(jīng)商業(yè)化，并廣泛應用于組織細胞功能、器官發(fā)育追蹤、腫瘤微環(huán)境分析、病理及疾病機制挖掘等方向，在神經(jīng)科學、發(fā)育生物學、腫瘤研究和免疫學中展現(xiàn)出了巨大的潛力。
然而，挑戰(zhàn)依然存在——當前大部分空間轉錄組技術僅能用于新鮮與凍存樣本，對于臨床常見的FFPE樣本來說，能使用的空間轉錄組技術依舊寥寥無幾。即使是目前已經(jīng)商業(yè)化的FFPE空間轉錄組技術，對轉錄組的檢測均基于靶向編碼區(qū)特定序列的探針捕獲原理，因此難以捕獲靶向區(qū)域以外的信息，更無法捕獲非編碼RNA的信息。而基于完整編碼RNA序列進行的基因融合、可變剪接分析，以及非編碼RNA方面的研究，恰恰是病理、神經(jīng)、腫瘤、免疫等方面研究頗受關注的前沿方向 [2-4]。
02多物種、全樣本、全長序列的空間全轉錄組技術—— M20 Spatial
為了突破上述瓶頸，基于M20 Genomics在隨機引物方面深厚的技術積淀，公司革命性地推出全球首個基于隨機引物的全樣本空間全轉錄組技術，并將其命名為“M20 Spatial”。
與現(xiàn)有的其它空間轉錄組技術相比，M20 Spatial最突出的特點有：
1全樣本類型
M20 Spatial不僅可用于新鮮樣本、凍存樣本，還適用于FFPE樣本，解決了FFPE樣本空間轉錄組方法受限的難題，使研究不再受限于樣本類型、時間、地域，更適合實驗室中心化檢測模式；
2全轉錄組
M20 Spatial可對全轉錄組進行無偏好的捕獲，因此可實現(xiàn)對非編碼RNA（如lncRNA）的研究，為研究和檢測癌癥等疾病帶來全新的分析技術和工具；
3全長序列
M20 Spatial可實現(xiàn)對轉錄組全長序列的捕獲，從而獲得全長轉錄組的完整信息，在空間組層面實現(xiàn)對基因融合、可變剪切等信息的深入挖掘。
03M20 Spatial技術性能實測
FFPE（formalin fixation and paraffin embedding）樣本，即福爾馬林固定石蠟包埋的組織樣本。它承載了眾多病理的關鍵信息，可長期在室溫條件下保存，是病理科當之無愧的“瑰寶”。在世界范圍內(nèi)，大約有數(shù)十億份組織樣品存儲在醫(yī)院或生物樣本庫中，其中絕大多數(shù)為FFPE樣本。
但是，由于福爾馬林的固定，F(xiàn)FPE樣本組織中的核酸也容易發(fā)生不同程度的降解和分子間的交聯(lián)，石蠟的高溫滲入過程也會進一步加速核酸的降解。此外，保存的時間及環(huán)境對樣品中的核酸也有巨大的影響。因此，從FFPE樣本中捕獲到高質(zhì)量的RNA，并構建出信息完整、無偏好、可用于單細胞組學和空間組學研究的轉錄本，難度向來比新鮮和凍存樣本更大，能使用的空間轉錄組平臺也極為有限。
M20使用M20 Spatial技術對多種人及小鼠組織的FFPE樣本進行了測試，均顯示出優(yōu)異性能。在此，以心臟、腦等小鼠FFPE組織為例，和大家分享M20 Spatial在FFPE樣本中的實測數(shù)據(jù)：獲取高精度的空間轉錄組信息
M20 Spatial在小鼠心臟FFPE切片中實現(xiàn)了高靈敏度的轉錄組捕獲，在3,048個位點中，測得的總基因數(shù)為31,072。每個直徑50 ?的位點中，中值基因數(shù)為3,651。
在不同物種以及組織類型的FFPE樣本測試中，M20 Spatial均可識別多種細胞亞群。
以小鼠心臟、腦、腎臟等各個器官的FFPE樣本為例，通過UMAP降維聚類，均能根據(jù)轉錄組的差異識別出多個細胞亞群（圖5-7）。
同時，這些分群在樣本切片上的空間映射圖顯示，通過M20 Spatial發(fā)現(xiàn)的細胞亞群對應著器官中各個不同組織的細胞（圖5-7）。對于像腦這樣較為復雜、不同區(qū)域細胞類型區(qū)別較大的器官，M20 Spatial的分群數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)出不同腦區(qū)的空間組織。
這些數(shù)據(jù)顯示，M20 Spatial可以準確識別出在空間分布和轉錄組層面存在異質(zhì)性的細胞亞群，非常適合用來對組織和器官中細胞間的空間異質(zhì)性進行深入挖掘。
現(xiàn)有的空間轉錄組平臺均基于polyA探針或其它靶向探針捕獲，有較強偏好性，因此獲得的轉錄組信息存在較強的3’端偏好性或靶向區(qū)域偏好性。
M20 Spatial利用隨機引物的優(yōu)勢，革命性地突破了上述偏好性限制，在無需結合三代測序的前提下，首次實現(xiàn)了空間轉錄組對gene body序列的無偏好全長覆蓋。
M20 Spatial革命性地突破了空間轉錄組僅檢測轉錄組編碼區(qū)的局限，首次在多種樣本類型的空間轉錄組中實現(xiàn)了對全轉錄組RNA的檢測。
在非編碼RNA中，lncRNA參與癌癥發(fā)生發(fā)展、免疫、應激、神經(jīng)活動等多種生物學過程的調(diào)控，是近年科研的前沿熱點。M20 Spatial在小鼠FFPE樣本中檢測lncRNA占到總檢出RNA的2%-10%（圖9-11），使空間轉錄組提供的信息更加深入和全面。
M20發(fā)布的創(chuàng)新性空間轉錄組技術M20 Spatial，不僅實現(xiàn)了不受樣本類型局限的空間轉錄組分析，更打破了以往空間轉錄組技術只能捕獲編碼區(qū)小部分轉錄組信息的局限，提供了前所未有的全面、深入的空間轉錄組信息，進一步拓展了空間轉錄組在神經(jīng)、病理、腫瘤、免疫等領域的應用?；贛20 Spatial技術，M20將于近期推出新一代空間轉錄組平臺NATA系列，敬請期待。
