空间转录组学（10x CytAssist）

空间转录组学（10x CytAssist）技术详解：核心检测项目与应用流程

一、技术概述

10x CytAssist 是10x Genomics公司推出的空间转录组学自动化前处理平台，与Visium空间基因表达解决方案无缝整合。其核心价值在于简化样本处理流程、提升实验重复性，并显著扩展样本兼容性（如FFPE样本和冷冻组织）。该技术通过在组织切片上捕获mRNA并进行空间定位，实现基因表达与组织结构的同步解析。

二、核心检测项目

1. 空间全转录组图谱分析

• 检测目标：
  • 全转录组范围内（人类/小鼠：>18,000个基因；其他物种可定制）的mRNA表达量。
  • 基因表达的空间坐标定位（分辨率：55 μm捕获点直径）。
• 技术流程：
  • 组织切片（4–10 μm）贴附于Visium基因表达玻片（含条形码探针阵列）。
  • 通过CytAssist自动化完成组织透化、mRNA捕获与cDNA合成。
• 输出数据：
  • 空间基因表达矩阵（Spot × Gene） + H&E染色图像的空间对齐结果。

2. 特定基因靶向检测（可选）

• 应用场景：
  • 针对关键通路基因（如肿瘤标志物、免疫检查点）进行高灵敏度检测。
  • 降低测序成本，提升低表达基因检出率。
• 检测方案：
  • 使用Visium for Targeted Gene Expression Panel（预设计或定制探针）。
  • CytAssist自动化完成靶向探针杂交与信号放大。

3. 免疫微环境空间解析

• 联合检测技术：
  • 免疫荧光（IF）或免疫组化（IHC）：在空间转录组实验前/后对同一切片进行蛋白标记（如CD3, CD20, PD-L1）。
  • 多组学整合：将蛋白表达数据与转录组数据进行空间共定位分析。
• 应用方向：
  • 肿瘤免疫细胞互作、基质细胞功能区域划分、免疫抑制微环境研究。

4. 病理区域导向的空间分析

• 基于H&E图像的ROI选择：
  • 通过病理医生标注肿瘤核心区、侵袭边缘、坏死区等。
  • 使用Visium分析软件（Loupe Browser/SpaceRanger）提取区域特异性基因表达谱。
• 优势：避免非目标区域的数据干扰，提升生物学信号的信噪比。

三、技术流程关键步骤

1. 样本制备

   • FFPE样本：需经脱蜡、HE染色、透化优化（关键步骤由CytAssist自动化完成）。
   • 冷冻样本：直接贴片后进行快速固定。

2. CytAssist自动化处理

   • 仪器自动完成：
     • 组织透化（时间与试剂用量精准控制）
     • mRNA结合至探针
     • cDNA合成与扩增
   • 耗时：约3.5小时（远低于手动操作的8小时）。

3. 文库构建与测序

   • 使用Illumina平台进行高通量测序（推荐测序深度：≥50,000 reads/spot）。

4. 数据分析流程

   • SpaceRanger：原始数据比对、基因定量、空间条形码解码。
   • Loupe Browser：可视化基因在组织中的空间分布，识别表达热点。
   • Seurat / Scanpy：单细胞级空间聚类、差异表达分析、细胞互作推断。

四、核心优势与适用场景

五、典型研究案例

1. 癌症研究
   • 绘制肝癌FFPE样本的肿瘤-免疫边界区基因表达梯度，识别免疫逃逸相关基因（如LGALS9）。
2. 神经科学
   • 解析阿尔茨海默病小鼠模型脑切片中淀粉样斑块周围神经炎症信号的空间传播模式。
3. 发育生物学
   • 构建胚胎心脏发育的空间转录组图谱，定位心内膜垫形成的关键信号通路（BMP/TGF-β）。

六、技术局限性与优化方向

• 分辨率限制：55 μm捕获点可能包含多个细胞（可通过单细胞反卷积算法解混）。
• 灵敏度挑战：低表达基因需增加测序深度或使用靶向Panel。
• 未来升级：有望整合亚细胞分辨率技术（如Xenium）实现单细胞级空间组学。

结语

10x CytAssist通过自动化、标准化、样本普适性重塑了空间转录组学的工作流程，使其成为转化医学与机制研究中不可或缺的工具。其核心检测项目——从全转录组图谱到靶向基因空间定位——为理解复杂生物系统的空间编码逻辑提供了前所未有的视角。

如需获取具体实验方案、数据分析代码或临床研究设计建议，可进一步深入探讨。