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Xenium空间原位分析高端局——从文献解析到研究思路大揭秘
人阅读 发布时间:2023-09-20 14:23
今天小编就对Xenium技术的文献案例进行详细解析,并以此总结拓展相关的研究思路,期望能给到大家参考和启发。
今天要分享的是10x Genomics团队于2022年10月发表的首篇Xenium空间原位分析应用的bioRxiv预印本文章,文章标题:High resolution mapping of the breast cancer tumor microenvironment using integrated single cell, spatial and in situ analysis of FFPE tissue.
研究背景
乳腺癌具有高度异质性,临床上通常根据受体类型(例如,HER2+/ER+/PR+)以及侵袭和增殖程度对乳腺癌进行肿瘤分型,但这种分类不足以描述样本中的异质性。导管原位癌(DCIS)是一种非浸润性乳腺癌,是局限在导管内的肿瘤上皮细胞,并没有扩散到导管的周围。当导管形态被破坏,癌细胞侵入间质时,DCIS可能进展成预后差的浸润性导管癌。哪些DCIS会成为浸润性乳腺癌,哪些不会?目前的研究尚不明确。
研究思路
乳腺癌块来自乳腺癌患者(II-B期,ER+/PR−/HER2+)乳腺活检的FFPE样本,其中包括导管原位癌和浸润性导管癌。用FFPE样本的连续切片进行单细胞转录组测序(scFFPE)、空间转录组测序(Visium)和原位分析(Xenium)。这里使用Xum Human Breast Panel的280个基因和33个附加基因(共313个)作为靶基因,通过Xenium技术对这些靶基因进行亚细胞水平的空间原位检测。然后对三种技术检测到的数据进行比较与联合分析,进而高灵敏度,高特异性,高分辨率地解析了乳腺癌肿瘤的异质性。
研究结果
1. scFFPE+Xenium联合高灵敏度解析乳腺癌组织中的细胞组成
首先对scFFPE-seq数据进行非监督聚类和细胞注释,鉴定到淋巴细胞、巨噬细胞、内皮细胞、DCIS1、DCIS2和侵袭性肿瘤细胞等17种细胞亚群。然后对Xenium数据进行分析,发现了与scFFPE-seq一致的细胞类群。此外,与scFFPE-seq相比,Xenium能够获得更多的细胞数量,因此细胞类群的密度要高很多。总之,该部分结果说明了Xenium技术能够解析复杂组织中的细胞组成。
接下来,作者使用scFFPE-seq数据确定Xenium数据中三个感兴趣区(ROI):DCIS#1、DCIS#2和invasive 的细胞组成和比例的差异。结果发现ACTA2+肌上皮细胞在DCIS#2 ROI中富集,在DCIS#1 ROI中较少,在invasive ROI中缺失。而且DCIS#2 ROI比DCIS#1 ROI含有更多侵袭性肿瘤细胞,KRT15+肌上皮细胞也更多,提示DCIS#2 ROI比DCIS#1 ROI更具侵袭性。
最后,作者探究了七种主要细胞类型的marker基因在这三个区域的表达差异。结果发现,在DCIS#1 ROI中肿瘤细胞标记基因MZB1特异性高表达,DCIS#2 ROI显著高表达基质细胞的标记基因GJB2,invasive ROI中缺少巨噬细胞标记基因MMP12的表达。
2. Visium+Xenium联合挖掘感兴趣区域的完整转录组信息
在临床上,乳腺癌根据雌激素受体(ER/ESR1)、孕激素受体(PR/PGR)和人类表皮生长因子受体2(HER2/ERBB2)的表达进行亚型分类,并根据肿瘤分型结果制定治疗策略。该研究中使用的组织样本被注释为HER2+/ER+/PR−。Xenium数据显示组织切片的大部分区域同时表达ERBB2和ESR1转录本(HER2/ER双阳性),或只表达ERBB2转录本(HER2阳性)。然而,在脂肪细胞区域内有一个很小的DCIS区域,显示出ERBB2、ESR1和PGR转录本的三阳性表达(HER2+/ER+/PR+)。
在Visium数据中,这个区域只有5-6个spot,因为太少这个区域很容易被忽视。为了从这个三阳性区域获得完整的转录组信息,作者通过插值法可视化了这个三阳性区域内的细胞类型比例。然后对这6个spot与其它spot进行了全转录组差异表达分析,筛选到94个差异表达基因。
3. Xenium+H&E染色/免疫荧光染色
Xenium原位分析的另一个强大优势在于它的流程是非破坏性的,能够在运行后对同一组织切片进行H&E染色或免疫荧光染色。这一就能获得同一张组织切片的组织病理学、蛋白表达和基因表达数据,有助于更全面地了解样本的生物学特征。
研究结论
该文章同时用scFFPE-seq、Visium和Xenium三种技术对一个乳腺癌FFPE 样本连续切片进行检测。作者首先是说明了三种技术的各自优势,尤其强调了Xenium技术的稳定性,高特异性,高灵敏度及高分辨率。然后三种数据联合分析,相互印证补充彼此的分析结果,展示出了三种技术的高度互补性。最终三种技术协同作用,共同解析了乳腺癌肿瘤微环境,揭示了细胞异质性,促进了对导管原位癌(DCIS)肿瘤浸润的全面研究。
小编有话说
这篇文章同时用到单细胞转录组、空间转录组、Xenium原位分析三种技术,通过技术间的比较突出了Xenium技术的高灵敏度,高分辨率。通过联合分析说明了三种技术结合的强势互补,能够更深入,更精准地解析肿瘤微环境的异质性。
Xenium原位分析+空转+单细胞研究可以说是技术的高配置了,除了贵,没毛病!但是,不考虑价格的产品经理不是好销售。下面我们就来分享更多的Xenium技术应用研究思路,总有一款适合你!
(1)Xenium原位分析+单细胞转录组+空间转录组联合分析:同时探究复杂组织的细胞组成及空间位置信息,挖掘特定细胞群和感兴趣区域的全转录组信息。尤其适用于对多细胞类型近距离共存区域的细胞类型进行精确定位。
(2)Xenium原位原位+单细胞转录组联合分析:先通过单细胞数据解析复杂组织的细胞组成及占比,筛选目标细胞群、目标基因及相关的功能通路,然后利用Xenium原位分析高灵敏度,高特异性地探究各个细胞群和目标基因的空间定位及表达特征。尤其适用于特定生理病理结构区域的细胞组成及细胞间互作研究;
(3)Xenium原位分析+空间转录组联合分析:高空间分辨率地解析复杂组织中细胞及基因的空间位置信息,尤其适用于解锁特定生理病理结构区域的全转录组信息;
(4)Xenium独立分析:探究关注基因集(panel)的空间表达特征,解析复杂组织中细胞组成及细胞间的互作,研究特定生理病理结构区域下关注基因的表达信息。尤其适用于有复杂生理病理结构的组织(如脑组织、肿瘤组织等)研究。
这里需要强调的是Xenium原位分析要先挑选关注的靶基因(panel),进而精准地探究靶基因的空间定位及表达特征。没有关注的靶基因?不知道靶基因该如何挑选?联系我们,一起来个“私人定制”!