細(xì)胞作為生命活動(dòng)的基本單元，其基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與細(xì)胞間互作機(jī)制是生命科學(xué)的重要研究課題。單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)雖能在單細(xì)胞水平解析基因表達(dá)狀態(tài)，卻因破壞細(xì)胞在組織中的空間定位，難以揭示組織微環(huán)境中細(xì)胞互作及功能協(xié)同的真相。

空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的出現(xiàn)，填補(bǔ)了這一關(guān)鍵空白。通過整合轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與空間定位，實(shí)現(xiàn)了組織中細(xì)胞類型、基因表達(dá)及空間分布的同步解析，為研究細(xì)胞在微環(huán)境中的功能提供了關(guān)鍵支撐。但常規(guī)空間轉(zhuǎn)錄組的分辨率局限往往導(dǎo)致無法精確定位至單個(gè)細(xì)胞，猶如霧里觀花。

2024年，Nature刊載文章《Slide-tags enables single-nucleus barcoding for multimodal spatial genomics》。研發(fā)者開發(fā)Slide-tags技術(shù)，其中完整組織切片內(nèi)的單個(gè)細(xì)胞核用空間條形碼寡核苷酸標(biāo)記，這些寡核苷酸來源于具有已知位置的DNA條形碼微珠，這些被標(biāo)記的細(xì)胞核可以進(jìn)行多種單細(xì)胞核組學(xué)分析，適用于大部分單細(xì)胞測(cè)量技術(shù)，為空間組學(xué)的研究提供了一個(gè)通用的平臺(tái)。

基于這項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)化而來的Trekker試劑盒，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組分析——通過“空間定位 + 基因解碼”的協(xié)同設(shè)計(jì)，直接對(duì)單細(xì)胞數(shù)據(jù)進(jìn)行位置解析。

技術(shù)路徑如下：

微珠布陣：將帶有DNA條形碼的10 μm單層微珠（Beads）有序平鋪于玻片（Tile），形成空間坐標(biāo)已知的“捕獲陣列”。

UV 照射：在玻片上放置組織冷凍切片，通過紫外照射，微珠上的DNA條形碼被觸發(fā)釋放，吸附著于細(xì)胞核上，相當(dāng)于為每個(gè)細(xì)胞核賦予了獨(dú)一無二的“空間坐標(biāo)碼”。該序列可以通過單細(xì)胞分析系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)序，其中微珠條狀條形碼可以與mRNA等待測(cè)分子同時(shí)進(jìn)行序列分析。

聯(lián)合測(cè)序解析：結(jié)合單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（snRNA-Seq）技術(shù)，即可同步解析每個(gè)細(xì)胞核的基因表達(dá)信息與空間位置信息。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

• 微珠釋放條形碼吸附細(xì)胞核，無需形態(tài)學(xué)分割

傳統(tǒng)空間轉(zhuǎn)錄組依賴復(fù)雜的圖像分割算法界定細(xì)胞邊界，而Trekker通過UV釋放與物理結(jié)合機(jī)制，讓條形碼直接“綁定”細(xì)胞核，從而避免了形態(tài)學(xué)分割帶來的誤差，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的單細(xì)胞定位。

• 空間坐標(biāo)單獨(dú)解碼，實(shí)現(xiàn)真正的單細(xì)胞空間組學(xué)分析

不同于單細(xì)胞數(shù)據(jù)+空間數(shù)據(jù)的后期整合的方法，Trekker的條形碼與轉(zhuǎn)錄組信息在單細(xì)胞層面可以同步獲得，消除了數(shù)據(jù)拼接的技術(shù)偏差，真正實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞分辨率和空間定位的統(tǒng)一。 

• 無縫兼容，支持10x Genomics、BD等單細(xì)胞平臺(tái)

無需改造現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)流程，Trekker可直接對(duì)接單細(xì)胞測(cè)序平臺(tái)，在保留snRNA-Seq原始數(shù)據(jù)維度的基礎(chǔ)上，額外賦予空間坐標(biāo)信息，大大降低技術(shù)落地門檻。

應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)證

• 成年小鼠腦細(xì)胞核的空間圖譜構(gòu)建

使用Trekker對(duì)來自25 μm成年小鼠大腦組織切片的27,275個(gè)細(xì)胞核進(jìn)行空間定位。UMAP中的每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)單核，與空間圖有1:1的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中點(diǎn)通過來自snRNA-seq數(shù)據(jù)的基因表達(dá)模式進(jìn)行顏色編碼。

圖A：?jiǎn)渭?xì)胞UMAP轉(zhuǎn)換為空間圖譜

圖B：高基因覆蓋率和單細(xì)胞數(shù)據(jù)揭示了細(xì)胞亞型形成的精細(xì)空間結(jié)構(gòu)

圖C：揭示已知單細(xì)胞群體的空間異質(zhì)性

• 生成高密度的細(xì)胞核空間圖譜，同時(shí)保證單細(xì)胞數(shù)據(jù)的質(zhì)量

使用Trekker繪制第11天(E11)小鼠胚胎的細(xì)胞核的空間圖譜。對(duì)25 μm的E11小鼠胚胎的組織切片上的57,545個(gè)細(xì)胞核使用Curio Trekker Tile (10 mm×10 mm)進(jìn)行空間分析。(A) 使用Trekker定位細(xì)胞核的空間圖，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)細(xì)胞核。(B) 相鄰組織切片的H&E染色圖像，顯示出很高的一致性。(C) 通過ST align(連接圖像和基因表達(dá)的工具)的H&E圖像和Trekker空間圖的疊加圖像。(D) 單細(xì)胞分析的UMAP。每個(gè)點(diǎn)與圖A中的點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。(E) B中五種基因 (Gm3764、Rtn1、Cpox、Dnm3os、Gata3) 與H&E疊加的空間表達(dá)模式的圖像。

綜上可見，Trekker的出現(xiàn)，打破“單細(xì)胞丟空間”“空間缺單細(xì)胞”的技術(shù)壁壘，在單細(xì)胞尺度直接捕獲細(xì)胞的原生空間位置與基因表達(dá)信息。

■ 產(chǎn)品列表

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