在一項新的研究中，來自美國布羅德研究所的研究人員開發(fā)出的一種新的技術讓人們對組織中的細胞組成（cellular organization）有了前所未有的了解。這種稱為Slide-seq的方法利用基因測序來繪制詳細的三維組織圖譜，不僅揭示出組織中存在哪些細胞類型，而且還揭示出它們所處的位置和它們正在做什么。Slide-seq方法是在布羅德研究所研究員Evan Macosko和Fei Chen的實驗室中開發(fā)出來的。相關研究結果發(fā)表在2019年3月29日的Science期刊上，論文標題為“Slide-seq: A scalable technology for measuring genome-wide expression at high spatial resolution”。

圖片來自Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw1219。

鑒于這種技術并不需要專門的成像設備，因此它可被生物學、遺傳學和醫(yī)學等多個領域的科學家使用，這是因為他們想要研究組織中的細胞結構，或者觀察特定基因在組織、器官和甚至整個有機體中有活性時所處的位置。這樣的平臺讓人們對組織中的細胞結構、基因在不同組織所起的作用以及損傷或其他擾動對組織的影響有了前所未有的了解，從而為科學家們提供了前所未有的豐富的組織功能圖譜。

在19世紀，神經(jīng)生物學Santiago Ramóny Cajal用他繪制的詳細人體組織圖激發(fā)了科學界的興趣，并證實大腦是由單個細胞組成的。20世紀中期，抗體的產(chǎn)生允許科學家在細胞和組織中一次性研究幾種蛋白。近年來，RNA測序使得人們能夠鑒定出組織中存在哪些細胞類型以及哪些基因在基因組中被激活，但是不能精確地確定這些細胞所在的位置。

Slide-seq可被看作是這種技術發(fā)展的最新進展

這種技術始于一種涂有橡膠涂層的載玻片或者說“冰球（puck）”，這種載玻片填滿了微?；蛘哒f“珠子（bead）”，而珠子上面覆蓋著獨特的DNA條形碼。這些研究人員對每個條形碼進行測序，所產(chǎn)生的測序數(shù)據(jù)隨后允許用戶確定測序片段（sequencing read）在珠子陣列上的起源位置。

論文共同第一作者、Macosko實驗室研究生Robert Stickels說，“這就像一種細胞形式的GPS（全球定位系統(tǒng)）。當我們開發(fā)出這種技術時，我們想要我們的合作者能夠輕松使用它。我們預先完成所有的成像和陣列生成工作，并將這些陣列提供給終端用戶，這樣他們就不需具備顯微鏡專業(yè)知識。”

在使用布羅德研究所提供的陣列開展的幾個小時的研究中，這些研究人員能夠將新鮮冷凍組織切片轉移到珠子表面上，并進行組織溶解，從而讓mRNA轉錄物與覆蓋著DNA條形碼的珠子結合。隨后在商業(yè)儀器上對條形碼RNA文庫進行測序。由這些研究人員開發(fā)并提供給終端用戶的軟件為每個測序片段分配位置，對這些位置進行繪制就可產(chǎn)生高分辨率的細胞類型或基因表達圖譜，所提供的信息要比標準的顯微鏡圖像更加豐富。

為了展示這種工具的功能，這些研究人員利用Slide-seq在小鼠大腦中確定細胞類型在小腦和海馬體內的位置。通過將Slide-seq應用于小鼠小腦切片，他們揭示了整個組織中大量的基因活性變化，這些變化可表明空間確定的利用傳統(tǒng)的單細胞測序無法區(qū)分的細胞亞群。

這些研究人員還發(fā)現(xiàn)Slide-seq可用于測試擾動的影響，并用它來監(jiān)測創(chuàng)傷性腦損傷小鼠模型中特定細胞類型的反應。通過過濾這些數(shù)據(jù)來顯示單個基因的表達，他們發(fā)現(xiàn)即使在損傷發(fā)生很久之后，神經(jīng)元中的一些基因也會因為與損傷位點的接近程度而被激活。

這些研究人員還證實將一系列組織切片堆疊起來，就可通過產(chǎn)生小鼠海馬體的動畫三維重建來揭示三維組織結構和細胞功能，這種三維重建經(jīng)定制后可顯示不同的細胞類型或單個基因的表達。

論文共同第一作者、Chen實驗室研究員Samuel Rodriques說，“單細胞RNA測序真地適合揭示哪些類型的細胞存在于樣品中。但是，Slide-seq是一種全新的工具，它通過告訴我們細胞在組織中的位置來增加一個完全不同的維度。我們很高興能夠與許多領域的合作者一起來解答一些新的科學問題。”

參考資料：

Samuel G. Rodriques et al. Slide-seq: A scalable technology for measuring genome-wide expression at high spatial resolution. Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw1219.

Samuel G Rodriques et al. Slide-seq: A Scalable Technology for Measuring Genome-Wide Expression at High Spatial Resolution. bioRxiv, 2019, doi:10.1101/563395.

原標題：Science：利用一種新的工具來繪制豐富的細胞和組織功能圖譜