“空間”一詞源自拉丁語 spatium，意為“空間”，可用于描述對象在相對位置方面如何相互關(guān)聯(lián)。許多生物系統(tǒng)的功能，如胚胎、肝小葉、腸絨毛和腫瘤，都取決于它們細(xì)胞的空間組織。只有在知道它們的物理位置后，我們才能完全理解多細(xì)胞生物中單個(gè)細(xì)胞的分子特性。在過去的幾十年中，隨著人們對空間組織的重要性和獲得分子特性精確位置認(rèn)知的提高，極大地推動了空間分辨轉(zhuǎn)錄組學(xué)的技術(shù)進(jìn)步，并開發(fā)了多種技術(shù)。按照時(shí)間軸排列如圖1所示。
圖1 空間分辨轉(zhuǎn)錄組學(xué)各項(xiàng)技術(shù)的簡要?dú)v史時(shí)間表
每種技術(shù)根據(jù)它們所基于的基本方法不同可分為五個(gè)子類別（在圖1中已用不同顏色的原點(diǎn)進(jìn)行分類）：① 基于顯微基因表達(dá)的技術(shù)，② 原位雜交 (ISH) 技術(shù)，③ 原位測序 (ISS) 技術(shù)，④ 原位捕獲技術(shù)，⑤空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)重建。而每個(gè)子類別中又包含了多種空間分辨轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，總結(jié)歸納后如表1-4所示。
表1基于顯微基因表達(dá)的各項(xiàng)技術(shù)名稱、概念及示意圖
表2 基于原位雜交 (ISH)的各項(xiàng)技術(shù)的名稱、概念及示意圖
表3 基于原位測序 (ISS) 的各項(xiàng)技術(shù)的名稱、概念及示意圖
表4 基于原位捕獲的各項(xiàng)技術(shù)的名稱、概念及示意圖
除了前面描述的實(shí)驗(yàn)方法外，還有構(gòu)建空間分辨基因表達(dá)數(shù)據(jù)集的計(jì)算方法，也就是子類別中的第五個(gè)——空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)重建。這些技術(shù)從分離的單個(gè)細(xì)胞開始，旨在根據(jù)基因表達(dá)譜通過計(jì)算將它們分配到空間位置。細(xì)胞到空間位置的映射可以基于參考圖（其中一組信息基因簽名用于指導(dǎo)細(xì)胞的適當(dāng)放置）來實(shí)現(xiàn)，或者可以根據(jù)關(guān)于跨細(xì)胞表達(dá)特征的假設(shè)從頭開始尋找物理空間。
空間背景對推斷更深層次的生物學(xué)意義的重要性是毋庸置疑的，但技術(shù)掣肘在歷史上限制了各種應(yīng)用的廣泛采用，例如敏感性、勞動力廣泛性、組織類型依賴性以及獲取詳細(xì)單細(xì)胞信息的能力有限等。下表從樣本類型、空間類型、有效率、優(yōu)缺點(diǎn)的角度將各種技術(shù)進(jìn)行了對比，以供大家按需選擇（表5）。
表5 空間分辨轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)之間的比較
雖然先前大部分的技術(shù)正在被迅速棄用，但它們背后的思想和方法是當(dāng)代空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的基礎(chǔ)。為了追求更為廣泛采用的技術(shù)，已經(jīng)從學(xué)術(shù)界衍生出一些商業(yè)努力。10X Genomics收購了Spatial（更名為Visium）、ReadCoor和Cartana。ReadCoor的核心技術(shù)是熒光原位測序技術(shù)FISSEQ。Cartana的核心技術(shù)為鎖式探針（Padlock），進(jìn)行滾環(huán)擴(kuò)增后測序，達(dá)到了亞細(xì)胞水平。NanoString在2019年推出自動化儀器GeoMx，捕獲基因數(shù)量已超過22000，之后又發(fā)布GeoMx Digital Spatial Profiler，達(dá)到了單細(xì)胞的分辨率。另外，華大基因（BGI）在2013年收購了專注于人類全基因組精準(zhǔn)測序的Complete Genomics，將細(xì)胞或組織嵌入芯片，產(chǎn)生高分辨率的空間解析數(shù)據(jù)。盡管如此，目前空間轉(zhuǎn)錄組方案仍然是定制的，只能在少數(shù)實(shí)驗(yàn)室中使用，且費(fèi)用高昂。因此，探尋一種更為廣泛采用的新技術(shù)是非常迫切且有必要的。
參考資料
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