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乐备实LabEx

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[交流] DSP空间多组学：技术原理、实验流程与应用场景

简述
空间多组学被Nature Methods列为2022年最值得期待的七项技术之一，其核心价值在于将高通量分子定量与组织形态学背景相耦合，使研究者能够在原位尺度上解析基因与蛋白表达的空间异质性。Nanostring GeoMx数字空间分析平台（DSP）整合了组织影像分析与高通量分子定量能力，可在组织切片原位实现多靶标蛋白与全转录组的空间表达谱分析，并支持依据组织形态、表型标记、单细胞位置或自定义轮廓进行区域选择。

一、DSP的技术定位与基本原理
近年来，定量蛋白质与基因水平研究在理解疾病机制和寻找治疗靶点中发挥着关键作用。与此同时，深入理解组织生物学还需纳入空间维度——同一组织中不同区域、不同细胞群落之间的分子状态差异，往往是理解病理机制的关键。空间分析因此成为该领域的重要发展方向，并已有多家机构推出商业化产品，助力研究者探索空间转录组与空间蛋白组的奥秘。
DSP技术的核心思路是将组织影像分析与高通量分子定量相结合：一方面通过荧光成像获得组织形态学与表型背景，另一方面通过寡核苷酸标记的探针或抗体实现靶标分子的原位捕获与定量。其区域选择方式高度灵活——可按组织形态学特征、表型标记、单个细胞位置、规则网格或手工绘制的区域轮廓，选定研究者感兴趣的特定区域（ROI）开展后续分析。这种“先成像、后圈选、再定量”的设计，使分子数据始终携带明确的空间坐标信息。

二、DSP空间多组学的标准实验流程
（一）荧光标记与定量试剂共孵育
取一张厚度约5微米的组织切片，同时用成像试剂（荧光标记抗体或探针）与定量试剂（寡核苷酸标记抗体或探针）混合杂交。成像试剂用于后续的组织形态与表型识别，定量试剂则负责目标分子的捕获与编码。
（二）ROI区域圈选
基于成像结果，在切片上圈选任意形状、任意大小的感兴趣区域。圈选策略可依据形态学边界、荧光标记阳性区域或研究者自定义的几何轮廓确定。
（三）区域划分与紫外光解离
对每个圈选的目标区域依次施加紫外光照射，切断定量试剂上偶联的寡核苷酸序列。该过程不接触样本本身，随后用微毛细管快速吸出已解离的寡核苷酸序列，从而保证样本切片的完整性，使其仍可用于后续的形态学复核或其他检测。
（四）逐个ROI收集至收集板
解离的寡核苷酸标签被逐个收集至96孔收集板中，每一个孔对应组织切片上选定的一个ROI，从而实现空间位置与样本孔位的一一映射。
（五）定量读出与数据分析
收集到的寡核苷酸可通过高通量测序或nCounter平台进行定量。NGS路径适用于全转录组规模的基因定量，nCounter路径则在蛋白组定量和靶向验证中具有流程简洁的优势。

三、DSP的核心技术优势
（一）蛋白与RNA的组织原位共检测
DSP支持从靶向蛋白到全转录组的分析方案，可在同一组织切片上获取蛋白与RNA两个维度的原位表达信息，避免了跨切片配准带来的空间偏差。
（二）兼容FFPE样本的高灵敏度分析
该技术兼容福尔马林固定石蜡包埋样本，使大量临床回顾性样本得以纳入空间研究，同时保持较高的靶点覆盖度与检测灵敏度。
（三）灵活精准的ROI选择与自动化富集
ROI的形态与尺寸不受限制，并可通过自动化流程实现特定细胞群的富集收集，兼顾了空间精准性与操作通量。
（四）多场景适配与方案成熟度
平台配备经过预先验证的panel，同时支持客制化方案，可适配不同研究目标与样本条件，覆盖多种应用场景。
四、样本类型与主要应用领域
（一）适用样本类型
DSP可处理穿刺样本、FFPE石蜡包埋样本、组织阵列样本（TMA）、新鲜或冻存样本以及固定切片等多种样本类型，样本适应性较广。
（二）肿瘤与肿瘤免疫研究
应用于肿瘤异质性与分型、肿瘤耐药与转移机制、肿瘤免疫微环境刻画、免疫治疗响应评估及化疗预后标志物发现等方向。
（三）免疫学与感染科学研究
可用于感染组织原位免疫反应关系的解析、治疗与预后靶点的发现与验证、感染与组织损伤及肿瘤发生之间关系的探讨，以及感染的分子病理图谱分析。
（四）神经科学研究
适用于神经系统细胞群的原位分布与相互作用机制研究，以及神经退行性疾病、神经系统肿瘤与神经系统感染的分子病理分析。
（五）组织疾病与发育生物学研究
在组织疾病方向，可用于器官组织异质性分析、组织器官亚结构与疾病关系的解析及精细分子病理图谱构建；在发育生物学方向，可用于器官亚结构发育的分子机制研究及发育相关疾病分子通路的探讨。