一個更好的細胞多樣性地圖

來源: 生物360 / 作者: 2021-04-25
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不是所有腫瘤中的癌細胞都是生而相同的; 也不是所有的免疫細胞 (或所有的肝細胞或腦細胞) 都有相同的工作。它們的功能很大程度上取決于它們的位置?,F在,來自格萊斯頓研究所、加州大學舊金山分校 (UCSF) 和加州大學伯克利分校 (UC Berkeley) 的研究人員開發了一種比以往任何時候都更有效的方法,可以同時繪制組織或腫瘤中單個細胞的特殊多樣性和空間位置。

這種名為 XYZeq 的技術本周發表在《科學進展》(Science Advances) 雜志上。它將一個組織分割成一個微觀網格,然后分析網格每個方格中完整細胞的 RNA,以便對每個特定細胞在其空間位置上的功能有一個清晰的了解。這為組織的組織和疾病期間 (包括癌癥) 不同細胞類型之間的相互作用提供了新的見解。

“我們所建立的本質上是一種通過測序結合顯微鏡和單細胞分析的方法,” 加州大學舊金山分校醫學副教授、論文第一作者 Chun Jimmie Ye 博士說?!斑@項技術讓我們離創造現代人體圖譜更近了一步。它不僅能讓我們看到特定組織中有哪些細胞,還能看到它們在該組織中的位置,它們的關系,以及它們如何隨著疾病的變化而變化?!?/p>

他說:“我認為我們正在朝著這個方向邁進一步,通過分析組織來診斷、描述或研究疾病; 這是未來的病理學,”Alex Marson 醫學博士說,他是該研究的通訊作者之一,也是加州大學舊金山分校格拉德斯頓基因組免疫學研究所 (Gladstone-UCSF Institute of Genomic Immunology) 的主任,也是加州大學舊金山分校醫學副教授。

在過去的十年里,單細胞測序技術的出現——讓研究人員能夠同時分析 (或排列) 一個細胞中所有的 DNA 或 RNA——為組織中細胞的多樣性提供了新的線索。然而,這種技術,以及對細胞位置數據的實驗整合,使用目前可用的方法仍然具有挑戰性。所以,雖然研究人員可以看到一個組織包含了多種多樣的細胞,但他們不知道這些不同的細胞混合物是如何排列的。

“到目前為止,大多數人所做的是取出整個組織,研磨,然后從混合物中獲得單細胞數據,” 格拉德斯頓博士后學者、新研究的第一作者之一 Youjin Lee 說?!耙坏┙M織被碾碎,所有關于細胞空間關系的信息都會丟失。有了這種新方法,我們可以保留每個細胞來自哪里的信息?!?/p>

在 XYZeq 中,一片組織被放置在一個載玻片上,將組織分成數百個 “微孔”,每個微孔大約有一粒鹽大小。組織中的每個細胞都被標記上分子條形碼——一段短短的 DNA——這是它所包含的微孔所特有的,就像一個社區的郵政編碼。然后將這些單元格混合并分配第二個條形碼,以確保給定正方形中的每個單元格具有自己的惟一標識符,就像社區中的街道地址一樣。最后,對每個細胞的 RNA 進行測序,結果保留了兩個條形碼,從而告訴研究人員 RNA 在組織中的確切位置。

為了測試 XYZeq 的實用性和有效性,研究小組從患有肝和脾腫瘤的小鼠組織中取樣。他們的新方法可以讓他們可視化癌細胞和健康細胞是如何在組織樣本中相鄰排列的。

然而,這種基本的劃分——可以用其他方法看到——并不是他們所能看到的全部。研究小組還發現,位于肝腫瘤附近的一些細胞類型不是均勻分布的; 免疫細胞和特定類型的干細胞聚集在腫瘤的某些區域。此外,某些干細胞有不同水平的 RNA 分子,這取決于它們離腫瘤的距離。

“如果沒有 XYZeq 所傳達的空間信息,我們將永遠無法看到這種模式,” 加州大學舊金山分校的研究生 Derek Bogdanoff 說,他是這項研究的第一作者之一。

研究人員還不確定這種模式意味著什么,但他們暗示了一種可能性,即由腫瘤或腫瘤附近產生的分子信號會影響附近細胞的行為。

這就是 XYZeq 被創建來顯示的空間信息。這種方法不僅有望幫助研究人員理清癌變腫瘤周圍復雜環境中的細胞角色,而且有望揭示其他器官和疾病中的細胞模式。例如,大腦包含各種各樣的細胞,它們的物理排列會影響它們交流和存儲信息的方式。

為了開發 XYZeq 系統,研究人員必須構建每個單獨的組件,這需要大量的時間和機器投資,不是所有的研究小組都能得到。因此,該團隊目前正在研究擴大該技術規模的方法,以便讓其他科學家更容易獲得該技術。

“這項技術生成空間定位的單細胞數據,可以應用于不同疾病的組織,”Eric Chow 博士說,他是加州大學舊金山分校的生物化學助理教授,也是這篇論文的通訊作者?!白罱K,這將幫助我們能夠在臨床環境中使用它?!?/p>

XYZeq: Spatially-resolved single-cell RNA-sequencing reveals expression heterogeneity in the tumor microenvironment

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