不用找了!你想要的空间转录组要点都在这里!
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发布时间：2024-09-17 03:51
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时间：2024-10-18 00:53
在单细胞转录组测序中，由于组织解离，导致细胞的空间信息丢失。空间转录组技术则是结合成像、生物标记、测序及生物信息学等工具，对组织切片的基因表达进行空间定位的一项技术。这项技术可以揭示各细胞类型在组织中的空间分布、各细胞群体间的相互作用，以及绘制不同组织区域的基因表达图谱，对于理解疾病和癌症的发生机制具有深远的应用价值。2020年，“空间转录组技术”被Nature Methods评为年度技术方法。
当前的空间转录组技术主要分为激光显微切割、荧光原位杂交、荧光原位测序以及基于空间信息捕获的空间转录组技术四大类。目前商业化水平比较高的是2019年10×Genomics公司推出的Visium空间转录组技术，该技术结合显微成像技术和RNA测序技术，将染色后的组织切片与不同空间位置细胞的mRNA表达数据相结合。利用Visium技术，可以从整个组织切片获得高通量的转录组数据。
空间转录组解决什么问题Visium空间基因表达解决方案能够：（1）检测完整组织切片中的全转录组或一组指定的转录本，并定位基因活性发生的位置；（2）能够探索并揭示细胞类型、细胞状态和生物标志物的空间排布；（3）阐明生物学结构，并了解正常组织和患病组织中细胞之间的空间关系。
技术原理及流程Visium技术的原理是利用载有poly（A）和空间barcode标记的载玻片，原位捕获对应细胞的mRNA并进行反转录，通过高通量测序结合原位的barcode信息，绘制复杂组织样品的空间基因表达图谱。该技术所使用的一张玻片可容纳4片组织切片，将组织切片贴在具有5000个空间捕获区域的载玻片上，每个空间捕获区域中包含数百万个含有poly-dT的寡核苷酸链，这些寡核苷酸链可以捕获mRNA，寡核苷酸链连接有唯一的分子标识符UMI（计数mRNA分子）和barcode（每个barcode对应特定的捕获区域）。每个空间区域的直径为55 μm，可以检测到1-10个细胞。Visium技术的操作流程是首先将样品进行冰冻切片，贴在载玻片上的捕获区域。利用标准的固定和染色技术对切片进行染色，然后对切片进行透化，释放mRNA，让其与空间区域中带有poly-dT序列的引物进行结合，然后合成cDNA。之后，将每个空间区域反转形成的cDNA合并回收，进行最终文库的构建以及测序，通过数据分析软件即可获得细胞在组织原始的空间位置所发生的基因转录情况。
样本类型与组织兼容性样本类型包括新鲜冷冻的组织和FFPE组织样本。组织的质量可能会影响空间转录组测序结果。一个重要的考虑因素是保证组织中的mRNA质量。随着时间的推移，RNA会降解和降解片段。一种常见的降解测量方法是DV200（长度超过200个核苷酸的RNA片段的比例）。对于Visium FFPE组织样本，建议DV200≥50%。对于降解的FFPE组织或新鲜组织（DV200＜50%），一个重复是无效的。Visium等技术的一个优势是拥有较好的组织兼容性，涵盖了人类和小鼠的大多数系统，目前为止经测试可用的组织包括：（1）人类：脑、乳腺、乳腺癌、心脏、肾脏、大肠、肺、肺癌、淋巴结、卵巢、脾、脊髓；（2）小鼠：脑、眼睛、心脏、肾脏、大肠、肝、肺、卵巢、四头肌、小肠、脾、胃、睾丸、甲状腺、舌；（3）大鼠：脑、心脏、肾脏。
应用领域空间转录组学技术在生物医学领域的各种分支学科中都是有用的，如神经生物学、癌症和发育生物学。神经生物学神经科学中的一个主要挑战是如何系统地了解脑细胞类型及其在组织中的定位，并解析其工作机制。空间转录组学可以将脑细胞类型与形态学、生理学和连接性相关的功能学联系起来，从而全面了解脑神经回路。基于空间转录组学的方法已经建立了整个小鼠大脑或特定区域的详细图谱，如视觉皮层、初级运动皮层、中颞回、下丘脑视前区、海马和小脑。空间转录组学技术对发育过程中基因表达的时空特异性分析和细胞的定位具有独特的优势，能够为其分子机制的研究提供关键信息。癌症空间转录组学在解析人类癌症细胞空间分布上起着重要作用，目前已应用于多种肿瘤组织中。空间转录组学可应用于肿瘤样本的分析，明确区分组织中的健康区域和病变区域，这些区域的详细特征使我们能更深入地了解肿瘤发生、进展过程中的基因表达变化，提供更详细的预后信息，为研发有效的治疗癌症药物提供思路。发育生物学构成复杂生命体组织或器官的细胞都是由多功能干细胞或者祖细胞分化而来的，在胚胎发育的早期，细胞根据生长发育的需要分化为特定细胞，这些细胞的分化轨迹和发育谱系及其在组织中的空间定位对组织器官的正常发育至关重要。空间转录组已经在精子发生、肠道发育、大脑发育等方面得到了应用。基于空间转录组学分析，鉴定了肠道发育过程中的101种细胞类型，绘制了其发育的空间图谱，揭示了肠道发育的一些关键事件，如上皮隐窝—绒毛的形成原理，确定了发育中的成纤维细胞和肌成纤维细胞亚型的分化层次和功能、血管的扩张、免疫定植和肠道相关淋巴样组织的形成等。
总结本文介绍了空间转录组的技术流程、应用范围及优缺点，传统的转录组往往无法还原基因的位置信息，空间转录组通过成像和测序技术的结合，提供丰富的空间信息，能够探索更深层次的生物学意义。但是目前空间转录组仍存在一些缺点比如测序成本较高、难以达到单细胞级别等，这些问题限制了空间转录组发展，相信不久的将来会得到解决。
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时间：2024-10-18 00:50
在单细胞转录组测序中，由于组织解离，导致细胞的空间信息丢失。空间转录组技术则是结合成像、生物标记、测序及生物信息学等工具，对组织切片的基因表达进行空间定位的一项技术。这项技术可以揭示各细胞类型在组织中的空间分布、各细胞群体间的相互作用，以及绘制不同组织区域的基因表达图谱，对于理解疾病和癌症的发生机制具有深远的应用价值。2020年，“空间转录组技术”被Nature Methods评为年度技术方法。
当前的空间转录组技术主要分为激光显微切割、荧光原位杂交、荧光原位测序以及基于空间信息捕获的空间转录组技术四大类。目前商业化水平比较高的是2019年10×Genomics公司推出的Visium空间转录组技术，该技术结合显微成像技术和RNA测序技术，将染色后的组织切片与不同空间位置细胞的mRNA表达数据相结合。利用Visium技术，可以从整个组织切片获得高通量的转录组数据。
空间转录组解决什么问题Visium空间基因表达解决方案能够：（1）检测完整组织切片中的全转录组或一组指定的转录本，并定位基因活性发生的位置；（2）能够探索并揭示细胞类型、细胞状态和生物标志物的空间排布；（3）阐明生物学结构，并了解正常组织和患病组织中细胞之间的空间关系。
技术原理及流程Visium技术的原理是利用载有poly（A）和空间barcode标记的载玻片，原位捕获对应细胞的mRNA并进行反转录，通过高通量测序结合原位的barcode信息，绘制复杂组织样品的空间基因表达图谱。该技术所使用的一张玻片可容纳4片组织切片，将组织切片贴在具有5000个空间捕获区域的载玻片上，每个空间捕获区域中包含数百万个含有poly-dT的寡核苷酸链，这些寡核苷酸链可以捕获mRNA，寡核苷酸链连接有唯一的分子标识符UMI（计数mRNA分子）和barcode（每个barcode对应特定的捕获区域）。每个空间区域的直径为55 μm，可以检测到1-10个细胞。Visium技术的操作流程是首先将样品进行冰冻切片，贴在载玻片上的捕获区域。利用标准的固定和染色技术对切片进行染色，然后对切片进行透化，释放mRNA，让其与空间区域中带有poly-dT序列的引物进行结合，然后合成cDNA。之后，将每个空间区域反转形成的cDNA合并回收，进行最终文库的构建以及测序，通过数据分析软件即可获得细胞在组织原始的空间位置所发生的基因转录情况。
样本类型与组织兼容性样本类型包括新鲜冷冻的组织和FFPE组织样本。组织的质量可能会影响空间转录组测序结果。一个重要的考虑因素是保证组织中的mRNA质量。随着时间的推移，RNA会降解和降解片段。一种常见的降解测量方法是DV200（长度超过200个核苷酸的RNA片段的比例）。对于Visium FFPE组织样本，建议DV200≥50%。对于降解的FFPE组织或新鲜组织（DV200＜50%），一个重复是无效的。Visium等技术的一个优势是拥有较好的组织兼容性，涵盖了人类和小鼠的大多数系统，目前为止经测试可用的组织包括：（1）人类：脑、乳腺、乳腺癌、心脏、肾脏、大肠、肺、肺癌、淋巴结、卵巢、脾、脊髓；（2）小鼠：脑、眼睛、心脏、肾脏、大肠、肝、肺、卵巢、四头肌、小肠、脾、胃、睾丸、甲状腺、舌；（3）大鼠：脑、心脏、肾脏。
应用领域空间转录组学技术在生物医学领域的各种分支学科中都是有用的，如神经生物学、癌症和发育生物学。神经生物学神经科学中的一个主要挑战是如何系统地了解脑细胞类型及其在组织中的定位，并解析其工作机制。空间转录组学可以将脑细胞类型与形态学、生理学和连接性相关的功能学联系起来，从而全面了解脑神经回路。基于空间转录组学的方法已经建立了整个小鼠大脑或特定区域的详细图谱，如视觉皮层、初级运动皮层、中颞回、下丘脑视前区、海马和小脑。空间转录组学技术对发育过程中基因表达的时空特异性分析和细胞的定位具有独特的优势，能够为其分子机制的研究提供关键信息。癌症空间转录组学在解析人类癌症细胞空间分布上起着重要作用，目前已应用于多种肿瘤组织中。空间转录组学可应用于肿瘤样本的分析，明确区分组织中的健康区域和病变区域，这些区域的详细特征使我们能更深入地了解肿瘤发生、进展过程中的基因表达变化，提供更详细的预后信息，为研发有效的治疗癌症药物提供思路。发育生物学构成复杂生命体组织或器官的细胞都是由多功能干细胞或者祖细胞分化而来的，在胚胎发育的早期，细胞根据生长发育的需要分化为特定细胞，这些细胞的分化轨迹和发育谱系及其在组织中的空间定位对组织器官的正常发育至关重要。空间转录组已经在精子发生、肠道发育、大脑发育等方面得到了应用。基于空间转录组学分析，鉴定了肠道发育过程中的101种细胞类型，绘制了其发育的空间图谱，揭示了肠道发育的一些关键事件，如上皮隐窝—绒毛的形成原理，确定了发育中的成纤维细胞和肌成纤维细胞亚型的分化层次和功能、血管的扩张、免疫定植和肠道相关淋巴样组织的形成等。
总结本文介绍了空间转录组的技术流程、应用范围及优缺点，传统的转录组往往无法还原基因的位置信息，空间转录组通过成像和测序技术的结合，提供丰富的空间信息，能够探索更深层次的生物学意义。但是目前空间转录组仍存在一些缺点比如测序成本较高、难以达到单细胞级别等，这些问题限制了空间转录组发展，相信不久的将来会得到解决。
