來自皇家理工學院基因科技系鸥跟，生命科學實驗室的Joakim Lundeberg團隊（Visium芯片開發(fā)者）開發(fā)出了空間多組學新策略，該方法合并了組織學、質譜成像及空間轉錄組來精準檢測跨組織區(qū)域的轉錄組及低分子量代謝組的空間信息炊苫。此工作流程能與商業(yè)化的Visium芯片兼容。并在鼠腦及人腦組織的帕金森疾病樣本中完成測試冰沙。
空間分辨率的轉錄組能提供全基因組尺度的mRNA表達及位置信息侨艾，空間轉錄組方法不盡相同，各種方法均能產生具有組織坐標的基因表達矩陣拓挥。質譜成像（MSI）則是一種無須標記唠梨，能直接對新鮮組織切片的生物分子豐度進行空間分辨率的測量〗钠。基質輔助激光解吸/電離MALDI-MSI是一種將基質噴灑在組織表面的質譜成像方法当叭。雖然空間轉錄組及質譜成像技術已廣泛應用于空間生物學中茬故，但由于實驗限制，此兩種方法仍是分開使用的蚁鳖。本研究則展示了同一張組織切片上進行空間轉錄組（SRT）及空間代謝組（MALDI-MSI）的多模式分析磺芭，且依舊保留極高的靈敏性及特異性。
方法的建立
此工作流程主要分為4步：
1钾腺、將速凍組織切片貼在不帶電荷的條形碼陣列芯片上。
2讥裤、進行MALDI-MSI放棒。
3、蘇木精和伊紅(H&E)染色己英，明場顯微鏡成像哨查。
4、進行SRT剧辐。此流程無需修改商業(yè)化的Visium芯片寒亥，也無需修改MALDI-MSI步驟，除了在倒數第二步用預冷的甲醇洗滌芯片荧关。
為了驗證本方法的可行性溉奕，用包埋polydT 探針的玻片評估MALDI-MSI后的組織切片中RNA的降解程度。制備小鼠大腦的冠狀切片忍啤，并噴灑四種不同的MALDI基質分別檢測對應代謝物加勤，MALDI MSI成像，室溫下收集光譜同波。在組織優(yōu)化實驗中對cDNA進行熒光顯微鏡成像鳄梅，表明了捕獲的轉錄本與組織形態(tài)相關性良好，令人驚奇的是在所有基質中進行MALDI MSI成像后mRNA依舊保存較好未檩。
方法重復性驗證
進一步對本方法的重復度驗證戴尸。用帶條形碼的Visium寡鏈玻片進行重復實驗，通過測序對捕獲的轉錄本進行定量冤狡。應用來自三只小鼠的7張連續(xù)冠狀切面進行3種不同MALDI基質成像孙蒙。分別對比了對應組織切片的MALDI MSI及基因表達數據，數據表明小分子與基因表達譜相關性良好悲雳。與獨立MALDI-MSI或Visium實驗相比挎峦，61.6-98.2%的分子的表達量變化在0.5倍以下，這對于下游的生物學分析及分子鑒定沒有明顯的影響合瓢。對轉錄組學數據的聯合分析和可視化顯示在不同實驗條件下基因表達整合良好坦胶，Marker基因表達相似，空間類群高度保守。這些結果進一步說明了本方法可以與多種基質一起同時進行基因表達和生物分子空間分析顿苇。
本方法在小鼠帕金森疾病模型中的適用性驗證
為進一步驗證本方法的適用性峭咒，在帕金森小鼠模型中進行了進一步實驗。帕金森是一種神經退行性疾病岖圈，其主要特征為黑質致密部（SNc）內多巴胺能神經元的喪失讹语，該神經元包含投射到紋狀體背殼核的神經元。本研究在3例單側6-羥基多巴胺(6-OHDA)損傷小鼠的SNC和紋狀體腦區(qū)中同時捕獲了基因表達及相關的神經遞質蜂科。他們在單側完整的腦區(qū)中檢測到了多巴胺顽决，而損傷一側則未檢測到。本方法產生的多模態(tài)數據也被用來鑒定與多巴胺表達相關的基因的表達导匣。不出所料的才菠，關鍵的多巴胺通路相關基因Th, Slc6a3, Slc18a2及Ddc與SNc與多巴胺表達相關。同樣的贡定，在紋狀體切片中多巴胺的水平也與與Pcp4赋访、Tac1等基因表達呈正相關，與Penk缓待、Cartpt等基因表達負相關蚓耽，這提示中棘神經元失調，這也與以往的發(fā)現一致旋炒。此外步悠，本方法確定了多種神經遞質和代謝物的定位，如盘闭颍磺酸鼎兽、3-甲氧基酪胺、3,4-二羥基苯乙醛(DOPAL)铣除、3,4-二羥基苯乙酸谚咬、去甲腎上腺素、血清素尚粘、組氨酸择卦、生育酚和γ -氨基丁酸。結果表明背苦，分子的空間分布與以前單獨使用MALDI-MSI的大鼠模型相似互捌。
本方法在人帕金森疾病中的適用性驗證
為進一步的證明這種多模途徑在人的樣本中的相關性，他們在2.4?×?0.5?cm 的帕金森疾病死后紋狀體腦組織切片中測量了神經遞質及基因表達行剂。為了解決和克服死后材料中的RNA降解問題，采用了最新方案用于從低/中等RNA質量的新鮮冷凍組織樣本中進行基因表達測量钳降。多巴胺和3-甲氧基酪胺的MSI空間分布證實了之前的發(fā)現厚宰，這些神經遞質在腹側尾狀核內側分裂中觀察到較高的水平。多模式相關性分析中SCG2轉錄本與多巴胺的豐度相關性極高。使用人類樣本尾狀核的公開snRNAseq數據進行細胞類型反卷積分析铲觉，其中包含6個MSN神經元簇澈蝙，這些結果均與本研究帕金森疾病樣本中的發(fā)現一致，MSN.D1b神經元富集在多巴胺表達區(qū)域撵幽，與SCG2的空間表達模式類似灯荧。
總結
總的來說，他們建立了一種在同一張組織切片中進行小分子空間圖譜及基因表達分析的空間多組學方法盐杂。本方法有望在固定樣本或其它模式如標記抗體上進行拓展應用逗载。本技術的影響也可能擴展到其他學科中，例如腫瘤學链烈。本方法能為腫瘤研究提供一些新見解厉斟，例如在調節(jié)腫瘤微環(huán)境和驅動治療反應過程中的動態(tài)交互∏亢猓基因表達也可以用于來推斷基因組的完整性擦秽，這對于匹配腫瘤克隆及藥物治療非常重要。本方法提供了更高水平的多模式分析來研究組織環(huán)境中的小分子漩勤。
