GeoMx Digital SpatialProfiler新一代空间组学解密工具

在胚胎学,神经学以及肿瘤免疫学中,组织的空间信息以及各类细胞的组成对于研究疾病以及组织发育过程有着重要意义。肿瘤微环境的复杂性和样本异质性更是当前肿瘤免疫研究及转化医学面临的重大挑战。目前绝大部份的关于分子诊断或者生物标志物的临床应用,往往是基于单一组织活检。然而如下图所示,癌组织与癌旁组织在同一组织活检中无法分离,导致可能具有重要诊断指示的生物标志物难以被发现。因此在未来,无论是转化医学抑或是临床医学,都需要对组织的空间信息进行进一步的细分和探索。

因此研究人员常常应用免疫组织化学(Immunohistochemistry, IHC)和H&E染色以更好明白组织的空间结构以及不同细胞在这些空间结构中的功能。但是IHC每次可以包含的靶物数目有限,依靠传统技术研究人员一次只能测定3-4个靶物,并且样本无法重复使用,难以实现高通量的关于RNA或者蛋白的定量测试。

这种鱼与熊掌不能兼得的情况随着空间多靶标技术的到来即将得到革命性的改变。Nanostring生物技术的GeoMx Digital Spatial Profiler是新一代空间多靶标分析系统,是目前市面上唯一具有高通量,多组学和弹性选择感兴趣区域的平台,完美结合了荧光造影,免疫组织化学和基因转录组学技术,为研究人员描绘出最全面最清晰的生物学图像,解决了传统分析平台无法同时获取形态学信息和多重靶标表达数据的难题。

技术原理

Digital Spatial Profiler采用独家专利技术在抗体或者RNA上偶联DNA Oligo。每个DNAOligo对应一个靶标,最高可达96个蛋白靶标或>1000个RNA靶标(二代测序输出)。当抗体或RNA与组织上的靶标结合后, DigitalSpatial Profiler利用激光切断DNA oligo与抗体或RNA之间的连接物,从而释放出DNA Oligo以进行下一步定量。

产品特点

多靶标
Digital Spatial Profiler一天之内可以处理多达20个组织切片样本。每个样本可以包含多达96个蛋白和>1000个RNA 靶物

多组学
如何在同一组织样本中实现多组学研究向来是临床医学的棘手问题。目前市面上现有平台受制于技术,只能进行RNA或者蛋白测定。而Digital Spatial Profiler则正好填补了这一空白。它不仅可以一次性测定多达96个蛋白,而且还可以同时进行多过1000个RNA靶物的测定,完美实现多组学研究。

高精度
激光激活的精度范围最小为10微米,可达到单细胞水平。因此研究人员可以对极其稀有的细胞群体进行捕获。

样本无损
整个操作过程于样本无接触无损伤。同一样本可以重复使用并用于其他实验。

弹性选择感兴趣区域(ROI)
由于不同组织的独有特点,研究人员往往在单一载玻片上可能对某一区域特别感兴趣。在保留组织样本完整性的情况下,DigitalSpatial Profiler可以允许使用者在单张载玻片上根据组织轮廓选取感兴趣区域(Region Of Interest, ROI),甚至选取稀有细胞群体进行分析。

使用简单
Digital Spatial Profiler操作简单。数据分析不需要额外的生物信息分析支持,有利于生物标志物的快速发现。研究人员可以根据实验需要采取自动挑选或者手动挑选结合的方式。

操作流程

1. 多靶标抗体染色
2.根据荧光抗体染色图像挑选感兴趣区域(Region of Interest, ROI)
3. 对每个ROI进行UV照射,切割下Oligo
4. 毛细管吸取仅限于ROI的Oligo,全程与样本无直接接触
5.吸取的Oligo转移至96孔板中。
6. 步骤3-5会重复直至所有ROI的Oligo都收集完毕
7. 所有ROI中的Oligo分别收取完后,将在NanoString的nCounter上进行定量
*荧光抗体及靶标抗体在同一步骤染色,无需重复加样和染色
*步骤4-6为全自动操作,无需研究人员操作。

数据分析
在Oligo定量结束后,研究人员可以在Digital Spatial Profiler的数据分析系统上整合形态学图像以及数字化定量的数据,把ROI在组织上的空间位置以及区域内所有靶标的表达水平相互关联起来,以达到在单一操作界面上同时观察空间定位,细胞形态和靶标表达的相关性。

云操作系统及远程质量监控
Digital Spatial Profiler在操作上采用云技术实现实验数据的处理,储存,分析,共享,有利多用户多中心大型临床医学研究的开发。

部分现有菜单
Digital Spatial Profiler已开发出基于该平台的生物标志物的商业用试剂盒,可用于肿瘤免疫及神经退行性疾病的生物标志物的研究及开发。研究人员可以根据自身需要对待测靶标进行组合。以下为目前已有的部分蛋白试剂盒以供借鉴

牛文利器
Digital Spatial Profiler从去年预售发行到今年为止,已经有三篇应用该技术的文章发表在Nature Medicine上了。由耶鲁大学病理学部门主任David Rimms 领头的关于Digital Spatial Profiler在黑色素瘤中的应用更是被作为10月的Clinical Cancer Reserach 封面刊。

1.Jonson et al. “A case report of clonalEBV-like memory CD4+ T cell activation in fatalcheckpoint inhibitor-inducedencephalitis.” Nature Medicine (2019)
2.Amaria R.N. et. al., Neoadjuvant immunecheckpoint blockade in high-risk resectable melanoma (2018)
3.Blank C.U. et. al.,Neoadjuvant versus adjuvant ipilimumab plus nivolumab in macroscopic stage IIImelanoma