空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)是生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域振奮人心的技術(shù)突破之一，通過捕獲組織內(nèi)部精細(xì)區(qū)域的基因表達(dá)信息，結(jié)合病理影像化，提供了探索生命機(jī)制的全新維度。

該技術(shù)自2020年起逐漸進(jìn)入科學(xué)家視野，其后雖然新技術(shù)方法不斷涌現(xiàn)，但市場上商業(yè)化空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)產(chǎn)品依然屈指可數(shù)，特別是國產(chǎn)化的空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)產(chǎn)品亟待開發(fā)，多元的商業(yè)化產(chǎn)品局面還未形成。

NovelPano^®-SPtissue空間轉(zhuǎn)錄組芯片

2020年，烈冰研發(fā)團(tuán)隊(duì)重磅啟動空間轉(zhuǎn)錄組芯片技術(shù)開發(fā)工作，歷經(jīng)2年時(shí)間不斷摸索和穩(wěn)定性測試，成功完成50μm級點(diǎn)陣芯片——NovelPano^®-SPtissue的開發(fā)，聯(lián)合自主研發(fā)空間轉(zhuǎn)錄組反轉(zhuǎn)錄建庫體系試劑盒，不期將與大家見面。

02 什么是NovelPano^®-SPtissue芯片？

NovelPano^®-SPtissue芯片專注于空間組學(xué)技術(shù)產(chǎn)品的服務(wù)于應(yīng)用，通過芯片上的探針，捕獲組織中的核酸信息，并進(jìn)一步利用探針barcode將信息無差別還原至空間位置。依托空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高通量全轉(zhuǎn)錄組層面組織細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)及位置解析，為深入地了解組織微環(huán)境建立基礎(chǔ)。

NovelPano^®-SPtissue芯片（左），探針點(diǎn)陣熒光示意圖（右）

該芯片的核心關(guān)鍵在于：1. 均一穩(wěn)定的探針點(diǎn)陣排列模式，保證每個(gè)探針簇的大小和間距一致，可準(zhǔn)確捕獲組織切片對應(yīng)位置的核酸信息；2. 單一點(diǎn)下的探針鏈接結(jié)構(gòu)及探針數(shù)量，保證每個(gè)點(diǎn)內(nèi)探針數(shù)量及其唯一性，以應(yīng)對復(fù)雜多樣的組織類型及對應(yīng)的核酸類型和豐度，實(shí)現(xiàn)無差別、無偏好性捕獲，反映樣本真實(shí)信息。

為了兼顧空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)的分辨率、樣本捕獲率、可操作性和可及性，我們開發(fā)了在特殊的玻片表面生成高密度、高分辨率寡核苷酸微點(diǎn)陣的方法，基于一系列反應(yīng)鏈接體系，生成的每個(gè)探針點(diǎn)均攜帶唯一的空間坐標(biāo)的核酸捕獲探針。

NovelPano^®-SPtissue芯片參數(shù)

本次推出的NovelPano^®-SPtissue芯片已實(shí)現(xiàn)單個(gè)探針點(diǎn)50μm×50μm，每個(gè)探針上都帶有獨(dú)特的spatial barcodes，用以標(biāo)記捕獲的 mRNA 的空間位置，相鄰點(diǎn)中心間距100μm，每個(gè)捕獲區(qū)域含有4900個(gè)攜帶空間坐標(biāo)的核酸捕獲探針，各項(xiàng)參數(shù)與空間轉(zhuǎn)錄組代表性產(chǎn)品（10x Visium）基本一致。此外，與該芯片聯(lián)合配套的反轉(zhuǎn)錄及文庫構(gòu)建試劑也已經(jīng)全部通過測試，烈冰研發(fā)團(tuán)隊(duì)已具備高通量原位捕獲核心技術(shù)研發(fā)實(shí)力。

03 基因數(shù)字化與切片影像化的夢幻聯(lián)動

應(yīng)用NovelPano^®-SPtissue芯片，將整個(gè)轉(zhuǎn)錄組空間分析與切片染色成像結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基因數(shù)字化和切片影像化的聯(lián)動，解析目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的關(guān)鍵基因表達(dá)信息。

具體實(shí)驗(yàn)過程展示

04 NovelPano^®-SPtissue透化實(shí)驗(yàn)

多次mRNA透化實(shí)測結(jié)果證實(shí)，我們的芯片對mRNA捕獲效果優(yōu)異。如圖顯示，不同透化時(shí)長下，芯片捕獲mRNA 熒光成像差異顯著，其原因在于不同透化時(shí)長下mRNA釋放程度不同。

小鼠腦組織冰凍切片組織預(yù)透化熒光成像

05 NovelPano^®-SPtissue高水平數(shù)據(jù)結(jié)果呈現(xiàn)

測序數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)表明，NovelPano^®-SPtissue芯片在檢測基因數(shù)和檢測轉(zhuǎn)錄本數(shù)量上表現(xiàn)優(yōu)異，小鼠腦組織樣本捕獲總基因數(shù)21453個(gè)，中位數(shù)基因4561，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析環(huán)節(jié)各參數(shù)均達(dá)到較高的水平。

小鼠腦組織冰凍切片檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

HE染色與點(diǎn)陣聚類結(jié)果顯示，我們的芯片可精細(xì)區(qū)分切片不同位置區(qū)域下的細(xì)胞聚類情況，進(jìn)一步結(jié)合基因數(shù)字化與病理影像化的聯(lián)合分析，全面定位相關(guān)基因，逐步鎖定目標(biāo)核心關(guān)鍵信息，洞察重要的生物學(xué)特性。

腦組織切片HE染色（左），切片點(diǎn)陣聚類Cluster（右）

06 NovelPano^®-SPtissue芯片可實(shí)現(xiàn)全轉(zhuǎn)錄組的組織切片空間分析，實(shí)現(xiàn)：

1. 樣本進(jìn)行生物標(biāo)記物發(fā)現(xiàn)

2. 進(jìn)行回顧性研究和縱向研究，以追蹤特定時(shí)間內(nèi)的生物學(xué)過程

3. 結(jié)合組織成像技術(shù)，充分挖掘珍貴的組織樣本中的信息

該芯片的推出有望幫助更多的科學(xué)家和臨床工作者開展空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)高度復(fù)雜的細(xì)胞類型和結(jié)構(gòu)與解析，判定細(xì)胞位置和基因表達(dá)譜及其組織內(nèi)部微環(huán)境解析，如免疫細(xì)胞如何突破重重障礙浸潤腫瘤內(nèi)部發(fā)揮作用，幫助發(fā)現(xiàn)更多指示預(yù)后或輔助診斷的生物標(biāo)志物，鑒定耐藥或相應(yīng)治療的生物標(biāo)志物等等，【烈冰智造】全流程國產(chǎn)化空間轉(zhuǎn)錄組解決方案將持續(xù)推動科學(xué)研究和精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展。

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關(guān)于烈冰

成立于2010年，專注于單細(xì)胞多組學(xué)及空間轉(zhuǎn)錄組測序領(lǐng)域科研服務(wù)和設(shè)備耗材研發(fā)。自2016年起連續(xù)被評為高新技術(shù)企業(yè)，已獲得6項(xiàng)專利和60+項(xiàng)軟件著作權(quán)，實(shí)驗(yàn)平臺方面，烈冰搭建10x/BD單細(xì)胞測序雙平臺、PanoCell、NovelPano自主研發(fā)平臺，流式分選平臺、Novaseq6000 測序平臺、華大DNBSEQ-T7測序平臺和NovelBrain®生信數(shù)據(jù)分析平臺。

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