空间代谢组 | 首发！5-100μm分辨率空间代谢结果展示

2023-04-19 13:07:13, 小维武汉迈特维尔生物科技有限公司

空间代谢组分辨率选择直接决定了最终结果质量，因此很多老师咨询小迈我做脑组织、植物根选择多少分辨率合适？我关注肾小球、种皮结构做20微米可以不？往常我经常回复分辨率越高组织划分越精细，建议分辨率数值要远低于关注结构大小，那不同分辨率数据差异到底有多大，今天我们以实测数据进行展示。

1.分辨率

在展示不同分辨率数据前，我们首先来了解下分辨率概念。空间质谱成像时，离子源检测的单位离子化面积的大小，就是空间代谢的分辨率。基于MALDI-MSI的空间代谢组，其检测原理即激光按照一定位置规律依次扫描样本表面，使样本中基质包裹的小分子物质升华进入质谱进行检测。因此分辨率大小和激光束大小对应。

空间代谢组通过光栅扫描实现代谢物组织分布检测

分辨率高低各有优势，分辨率越高即数值越小，对组织划分越精细，但成本更高，接下来我们通过不同分辨率实测数据展示分辨率间差异。

2.不同分辨率结果展示

（1）样本介绍

本次实验样本类型为油菜种子，对相邻切片分别采用100μm、50μm、20μm、10μm、5μm进行检测，并基于空间代谢组数据进行segmentation分析。油菜籽直径在1.2-2.05mm，种皮厚度26-28μm。

油菜籽扫描图及结构示意图

（2）100μm分辨率结果展示

100μm分辨率约采集400 pixels（像素点）数据，以464.1908 m/z为例进行物质空间分布图展示。通过下图我们可以看到100μm分辨率情况下，该物质在油菜籽各组织结构中分布无显著规律。

100μm分辨率464.1908 m/z物质分布图及油菜籽种子扫描图

接下来对样本进行空间分割分析（segmentation分析），结果显示100μm分辨率可通过整体代谢趋势粗略划分胚轴（直径为0.7mm）区域，其他区域无法精准划分。

100μm分辨率segmentation分析及胚轴区域展示

（3）50μm分辨率结果展示

50μm分辨率约采集1600 pixels数据，以464.1908 m/z为例进行物质空间分布图展示。通过下图我们可以看到50μm分辨率情况下，初步显示该物质在油菜籽胚轴中呈现特异分布，其他位置无显著规律。

50μm分辨率464.1908 m/z物质分布图及油菜籽种子扫描图

接下来对样本进行空间分割分析（segmentation分析），结果显示50μm分辨率可划分胚轴（直径为0.7mm）结构，且精细展示胚轴内部变化趋势，其他结构无明显划分。

50μm分辨率segmentation分析及胚轴区域展示

（4）20μm分辨率结果展示

20μm分辨率约采集10000 pixels数据，以464.1908 m/z为例进行物质空间分布图展示。通过下图我们可以看到20μm分辨率情况下，可初步看到更精细结构物质分布特征，如在外围种皮中分布高于种皮内。

20μm分辨率464.1908 m/z物质分布图及油菜籽种子扫描图

接下来对样本进行空间分割分析（segmentation分析），结果显示20μm分辨率除胚乳外，可初步划分种皮结构（厚度26-28μm,仍存在缺陷），另外子叶和内子叶代谢趋势无明显区分。

20μm分辨率segmentation分析及胚轴、种皮区域展示

（5）10μm分辨率结果展示

10μm分辨率约采集40000 pixels数据，以464.1908 m/z为例进行物质空间分布图展示。通过下图我们可以看到10μm分辨率情况下，对物质空间分布展示更加精细、准确：（1）除可看清物质在最小结构单元种皮分布外，还具有准确的组织结构分界线，尤其是内外子叶界线，在低分辨率下未出现过；（2）在胚轴部分，可看到内部含量明显高于外围含量，且外围出现了含量极少区域，表明此物质在胚轴外围分布仍然不均，相对低分辨率展示更加精细。

10μm分辨率464.1908 m/z物质分布图及油菜籽种子扫描图

接下来对样本进行空间分割分析（segmentation分析），与20μm结果一致，可通过整体代谢物趋势将种皮、胚轴区分开来，且外子叶和内子叶代谢趋势无明显区分。但较20μm结果而言，10μm分辨率将种皮结构划分为4部分，划分更细致。

10μm分辨率segmentation分析及胚轴、种皮区域展示

（6）5μm分辨率结果展示

5μm分辨率约采集160000 pixels数据，以464.1908 m/z为例进行物质空间分布图展示。通过下图我们可以看到5μm分辨率情况下，其与10μm结果基本一致，对物质空间分布展示极为精细、准确，但其结果较10微米更清晰：（1）物质在种皮中的分布大致可分成4层，层层之间界限明显；（2）在胚轴、内子叶、外子叶之间具有十分清晰的界限，这些都是10微米不能达到的。

接下来对样本进行空间分割分析（segmentation分析），与10μm结果一致，可通过整体代谢物趋势将种皮、胚轴区分开来，且外子叶和内子叶代谢趋势无明显区分。但较10μm结果而言，5μm分辨率将种皮结构划分为4部分，相对于10μm分辨率，5μm分辨率种皮划分符合组织结构趋势，划分更细致。

5μm分辨率segmentation分析及胚轴、种皮区域展示

3.不同分辨率对比

（1）物质分布展示

通过不同分辨率物质分布图可看出，100μm、50μm对物质展示较为粗犷，自20μm开始逐渐精细，尤其10μm、5μm对组织边缘有精细区分。针对油菜种子（直径2mm），20μm、10μm、5μm分别对应10000pixels、40000pixels、160000pixels，其中20μm分辨率为可接受结果，5μm分辨率为最优结果。因此建议在空间代谢组研究时，至少选取pixels达10000分辨率进行检测，即5mm×5mm大小及以上样本，建议至少选取50μm分辨率。

不同分辨率物质分布展示

（2）空间分割分析

油菜种子由种皮（厚度26-28μm）、胚轴（直径700μm）、外子叶（宽1mm,长接近2mm）、内子叶构成，从空间分割分析看出：1）外子叶与内子叶代谢趋势无显著区域性差异;2）自50μm起可区分胚轴，且能展示结构内代谢区域性变化，自20μm起可逐渐区分种皮结构。综上如样本中无微小结构部位可选择50μm及以上高分辨率，但从结果图中可看出，无论是物质分布展示还是空间分割分析，5μm都表现出了无与伦比的优势，其对组织结构（胚轴和种皮）分割更符合实际组织分布规律，且结构间分界线更清晰。

不同分辨率空间分割分析

（3）微小结构

部分样本具有微小结构，如油菜籽种子（厚度26-28μm）、小鼠肾脏肾小管（直径30μm）和肾小球（短板轴20μm），虽50μm分辨率物质检出较高，但已不再适用。通过油菜种子检测可看出，20μm起可逐步区分种皮结构，但5μm表现出优异的种皮划分能力，不仅与扫描图匹配最高，且可精确根据代谢趋势变化将种皮进行更细致划分。另迈维肾脏空间代谢组学项目经验显示，20μm可初步显示肾小球肾小管结构。因此针对有微小结构，建议分辨率数值至少小于结构大小，最好宽度能达到4个及以上pixels。例如肾小球短板轴20μm，建议至少选择20μm分辨率，最好选择5μm分辨率。