按图索骥：空间组学开启生命微观世界新纪元 ——系列纪录片《探寻生命的秘密》第二部“空间多组学”即将上映

2024-04-15 15:09:51, Alma 丹纳赫生命科学

空间组学（Space omics）是一种研究细胞中分子在空间上的分布和功能的技术，可以帮助科学家更好地理解生物过程的本质和机制。空间组学是将多组学数据映射到原位表达剖面图谱中，以深入分析细胞和分子表达图谱的空间分布特征，为揭示生理和病理过程提供新见解的技术^[1]。自《Nature Methods》于2021年将空间组学选为年度技术以来，在很短的时间内，它已经从一个小众技术发展成为一种标准化和广泛应用的技术。世界经济论坛发布《2023年十大新兴技术报告》，报告评选了未来最有潜力对世界产生积极影响的十大新兴技术，空间组学入选其中^[2]。

前沿新兴生物技术

国家“十四五”战略规划中明确提出了我国生物医药产业要推动以创新引领的发展路线，空间组学技术作为极具潜力的前沿新兴生物技术，将有望成为我国健康产业发展之路的关键技术引擎之一。

其中空间代谢组学专注于研究新陈代谢在健康和疾病中的关键作用，该领域涉及包括：肿瘤微环境、免疫细胞在稳态和免疫治疗期间的功能、宿主和微生物群之间的相互作用及其对炎症的影响、表观遗传学的代谢调节以及机体感染期间的代谢失调和炎症^[3]。上述基础研究可以帮助科研人员探究复杂疾病，如：阿尔茨海默病和类风湿性关节炎的机制、肿瘤代谢微环境与肿瘤免疫逃逸、筛选生物标志物、探索肿瘤耐药机制与精准用药等^[4]。

推动“细胞图谱”研究

空间组学的发展，为推动开发新一代分子水平的“细胞图谱”提供了路径，通过将成像技术与DNA测序的特异性和分辨率相结合，在分子水平上详细描述了发生在人类和其他物种身上的无数生物过程。例如，利用空间组学，科学家们找到了两栖动物美西螈受伤大脑的自我愈合机制^[5]，发现肿瘤中的各种细胞类型定制治疗方案^[6]。

实现生命体研究从平面到立体

在生物体组织系统中，细胞的功能与其空间位置和周围的微环境密切相关，探索细胞在空间环境中的功能对于发现生物信息过程至关重要^[7]。以往的生物学研究往往依赖于将细胞和组织研磨成均一的样本进行分析，虽然这种方法能提供丰富的分子信息，但无法了解这些分子在生物体内的具体位置，而空间信息对于理解生物过程及其关键。

比如恶性肿瘤的发展不仅涉及到突变的累积，还与肿瘤微环境中各种细胞类型的相互作用有关，同时会随着肿瘤进展不断演变。传统的单细胞测序虽然已成为研究肿瘤异质性的重要工具，但缺乏分析细胞空间信息的能力。单一的分子水平数据远远不足以揭示癌症或其他复杂疾病的全貌，而空间组学的出现为解决这一难题提供了可能。

//未来展望

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空间组学正逐渐改变我们对生命复杂性的认识，让我们可以从整体和微观水平对生物样品进行分析和观测，从而系统解析和揭示生物分子功能和机制，加速后继研究，深度助力健康未来。

随着空间多组学技术的革新，我们对生命的理解已进入一个全新层次。这不仅是科学的一场革命，也是对未来研究的一种全新展望。因此丹纳赫生命科学携手国内知名团队专家，带您亲历这一技术的变革，展示空间多组学技术如何重塑我们对健康和疾病的认知。

先睹为快，系列纪录片《探寻生命的秘密》

第二部“空间多组学”即将上映

纪录片将于4月15日晚8点，丹纳赫生命科学Bilibili官方号首映，并于4月19日丹纳赫生命科学官方微信公众号推送纪录片重要知识要点整理与解读。内容丰富，不容错过，欢迎关注和观赏。

丹纳赫生命科学可提供空间组学整体解决方案，助力深入理解疾病机制，开发更高效的工作流程和研发更有效的治疗方法。

LMD 6/7激光显微切割系统实现空间原位微量样本的获取

对于结构复杂和异质性高的生物组织或器官中的生物分子分析，样品的精确捕获至关重要。传统的组织匀浆、生物分子提取、纯化和富集等前处理过程可能丢失了分子水平在组织中的空间分布信息。丹纳赫生命科学旗下徕卡显微系统的激光显微切割技术（Laser Microdissection, LMD) 可以将样品组织或细胞样品进行精确切割，从而分离获得特定位点多细胞/单细胞水平、纯化、均一的样品。

徕卡显微系统的LMD 6/7激光显微切割系统

Cell DIVE 超多标组织成像分析系统实现肿瘤微环境的深入研究

由于光源和荧光染料都存在一定的光谱范围，大于十个标记的实验通过单次成像容易出现串色，且数据分析复杂。如何在有限的样本量上获得更多的空间信息？徕卡的Cell DIVE 超多标组织成像分析系统助力通过获取细胞空间定位信息，对肿瘤微环境进行深入解析，从而提高肿瘤免疫治疗的有效性。

徕卡显微系统的Cell DIVE超多标组织成像分析系统

自动化工作站Biomek i7提供了完整自动化样品前处理解决方案

样本制备的手动步骤需要投入大量人工操作时间，在高通量条件下不同个人和实验室间的准确性和重现性差异较大。样品前处理是确保数据重现性、一致性的关键，对于稳定的下游分析至关重要。使用自动化工作站可以实现高移液精度、减少移液误差，安全、快速、准确的完成样品前处理，提高样本处理通量，保障后续实验的均一性和重现性。

贝克曼库尔特生命科学的Biomek i7自动化工作站

Triple Quad^™ 7500 LC-MS/MS 系统- QTRAP^® Ready实现高灵敏度组学分析

相比DNA和RNA，细胞内的蛋白质和代谢物无法扩增，组织微区内提供的用于分析的代谢物浓度低、体积小，一些极为稀少的代谢物需要更加灵敏的检测方法。SCIEX 7500系统以更高的检测灵敏度，在痕量浓度水平进行精准定量分析。

SCIEX的Triple Quad^™ 7500

LC-MS/MS 系统- QTRAP^® Ready

高分辨质谱ZenoTOF^™ 7600 系统助力准确鉴定及差异结构表征

全景发现和准确鉴定，采用SCIEX ZenoTOF^™串联高分辨质谱，结合Zeno^™SWATH DIA高灵敏度全景质谱采集技术，可以无偏地对蛋白质、代谢物和脂质进行质谱信号采集及差异分析。同时，利用碰撞诱导解离（CID）及电子活化解离（EAD）技术，对差异大分子及小分子进行准确鉴定及结构表征。创新多重碎裂技术及更高灵敏度，融合定性的灵活性与定量功能。

SCIEX的高分辨质谱ZenoTOF^™7600 系统

参考资料

1. He, L., Wang, W., Dang, K., etal. Integration of single-cell transcriptome and proteome technologies: Toward spatial resolution levels. 2023, VIEW, 4: 20230040.

2. World Economic Forum, 2023. Top 10 Emerging Technologies of 2023 report.

3. Alexandrov.T. Spatial metabolomics and imaging mass spectrometry in the age of artificial intelligence. Annual review of biomedical data science. 2020, 3: 61.

4. DeBerardinis, R.J. and Keshari, K.R. Metabolic analysis as a driver for discovery, diagnosis, and therapy. Cell. 2022, 185: 2678 .

5. Lust, Katharina, Ashley Maynar, Tomás Gomes, et al. Single-Cell Analyses of Axolotl Telencephalon Organization. Neurogenesis and Regeneration. Science, 2022, 377: 1061.

6. JJ Zhang, JH Yin, H Yang, et al., Spatiotemporal Omics-Refining the Landscape of Precision Medicine. Life Medicine, 2022,1 : 84.

7. Bressan, D., Battistoni, G. and Hannon, G.J. The dawn of spatial omics. Science, 2023, 381, 499.