生物器官及组织具备天然的三维空间特性，不同细胞类型类似“积木组件”按照特定规律组装成有功能作用的“生命拼图”，空间转录组技术是一种能够在“生命拼图”上直接批量读取基因转录信息的高通量组学技术，在细胞、组织、器官和整个生物体级别获得转录水平的空间位置信息，可以有效解析空间异质性、组织微环境以及结构特征，无论是在发育研究、肿瘤微环境、神经及疾病研究领域都有可能带来突破性的发现和成果。
空间组学技术原理示意图[1]
目前空间组学技术主要分为NGS-based空间转录组和基于显微原位成像的原位检测技术[1]， 2022年发表在Nature methods上的文章
Museum of spatial transcriptomics
指出NGS-based空间转录组技术具有全转录组捕获、可实现大面积捕获以及商业化进程快等优势，该技术不仅在科学研究中得到广泛应用[2]，更可以实现组织病理学和分子组学信息的结合，具有极大的临床应用潜力和转化价值。目前NGS-based空间组学技术被少数国外公司垄断，售价一直非常昂贵，一定程度限制了技术的扩大应用；德运康瑞基于高密度修饰芯片推出超高灵敏度的DynaSpatial空间转录组产品，基因检出效率处于行业领先水平，依托自主创新打破国外技术垄断，推动空间转录组技术走入“寻常百姓家”。
DynaSpatial捕获芯片设计独立的单个捕获区域，更方便于临床样本的研究，无需因凑样限制长时间冻存样本，做到随取随做；每个捕获区域的面积是5×5mm2，密集分布了2500个捕获点阵单元（spot），每个spot为50μm边长的点阵，相邻spot中心距离100μm；每个点阵上修饰了超高密度的带有barcode的捕获序列，相比于国外同类平台修饰密度提升一个数量级，确保高灵敏捕获组织透化出来的mRNA，并通过barcode序列确定组织位置坐标。
由于很多组织类型的透化条件差异较大，透化的效果会直接影响基因检出效率和准确性，根据这个需求，DynaSpatial一并推出组织透化芯片，含有6个捕获区域，可以设置 4~5个梯度透化时间进行预实验，用于最佳透化时间的确定，透化实验反转录时使用的dNTP带荧光基团，最终通过荧光信号的强度和弥散程度确定最佳的透化时间。
DynaSpatial实验流程
空间转录组实验可以分为三个环节：组织前处理、组织透化和组学建库
（1）组织前处理包括样品的包埋、切片、固定、染色及成像，记录切片的形态学信息即空间位置信息；
（2）组织透化：在进行正式实验前需要在透化芯片上进行透化条件的摸索，组织透化环节如下图所示；
（3）组学建库包括cDNA的合成、扩增、接头连接和测序，记录切片的转录本信息和空间位置信息，在捕获实验前，我们对组织先进行HE染色再进行透化捕获，实现组织病理信息和组学数据的结合，整个实验步骤划分为如下图主要环节。
新鲜冰冻样本，要求组织total RNA RIN≥7，建议组织切片厚度10μm
推荐Illumina Novaseq平台PE150测序策略，每个样本测序在60~100G不等，具体根据组织覆盖面积比例确定最终测序数据量。获得原始测序数据后，使用德运康瑞自主开发软件DynamicST进行序列比对和数据拆分，生成spot-基因表达矩阵，并且将基因表达信息与组织切片的位置信息结合起来， 直观地展示差异基因的空间分布以及细胞类型在组织切片上的空间分布，对差异基因进行功能富集，从而鉴定亚群的功能特征。
在预实验环节，小鼠嗅球组织分别测试了5min,10min,15min和20min透化时间，最终选择荧光强度高且无弥散的15min作为正式建库实验的透化条件。
整个嗅球组织全部覆盖在捕获芯片上，检测有效spots数量达到659个；在74%的测序饱和度下，基因中位值达到7769 genes，总基因数达到20607个，有效reads比例达到92.07%。
小鼠嗅球是一种嗅觉感知功能的神经组织，从组织形态上由外到内依次分为嗅神经层，突触球层，外丛状层，僧帽细胞层，颗粒细胞层，前嗅核层；通过对DynaSpatial数据的无监督聚类结果得到从外到内的6个cluster，与组织学分区结果相吻合，每个cluster中差异表达基因可以鉴定到组织各分区的特征基因，例如kctd12基因在最外层的颗粒细胞层中特异性表达。
基于小鼠嗅球的测试结果，DynaSpatial和国外同类平台进行平行对比测试，分别在50M，220M, 300M total read pairs的测序深度下比较基因总数和基因中位值，DynaSpatial平台的基因中位值相比于国外平台提升10%左右，这对于低表达丰度基因检测会有更大的助益，例如在嗅觉感知相关的受体基因的检出总数上，DynaSpatial平台的检出数量是国外平台的5倍。
除了小鼠嗅球样本，DynaSpatial还进行了小鼠肝脏和心脏等样本类型的测试工作，部分结果总结如下表，其中小鼠心脏样本的基因中位值显著高于国外同类平台的测试结果，并且在两次平行重复实验中得到了一致的结果。
技术优势
1）每张芯片只需检测一张切片样本，无需因凑样长时间冻存样本，样本随取随做，减少RNA降解，基因表达信息检测更准确。
2）采用超高密度修饰的捕获芯片，基因检出效率高，低表达丰度基因检出性能提升更显著，在配受体基因以及转录因子分析上有更多的发现。
3）兼容组织HE染色，保留组织原始的组织形态和病理特征，实现组织学和组学信息的完美结合。
4）产品性能优异且稳定，物种不设限，适用于人、动物、植物等物种大多数组织类型。
应用场景
1） 肿瘤研究领域：空间组学正在系统层面上改变我们对癌症生态系统的理解，空间组学和单细胞组学的整合可以从根本上提高我们对肿瘤发生、发展和微环境的理解。跨多个组学和时间尺度生成人类癌症的空间图谱将有可能开创时空分子医学的革命[4]。
2）疾病研究领域：可以动态和多维度地了解疾病的分子机制，并开发新类别的空间生物标志物。空间组学和单细胞组学联合应用被推荐为诊断疾病、监测疾病进展和治疗效果，以及发现新类别的空间靶点药物的有效途径。
3）发育研究领域
：空间组学技术不仅可以构建二维平面细胞图谱，例如解析神经元连接关系，更可以构建3D组织器官图谱，提供全局视野的图谱参考，在各项发育生物学研究中带来全新的认知和发现。
德运康瑞在单细胞和空间组学底层技术已有多年研发投入和成果积累，率先在中国推出革命性的Digital-Seq数字微流控单细胞平台、Well-Paired-Seq“自降噪”高通量单细胞平台、新型RNA原位测序技术和SEERNA® ISH RNA荧光原位检测试剂盒，充分展现了德运康瑞自主创新的优势。本次成功推出超高灵敏的DynaSpatial空间转录组产品，实现了全链条单细胞和空间组学产品的“全家桶”上线；“出道即巅峰，明日犹可待”，德运康瑞正在加紧开展更大面积尺寸和更高分辨率的芯片转产测试，并计划针对临床FFPE样本进行产品开发，进一步加速空间组学技术普适化应用和临床转化，敬请期待后续升级和新品上线。
想要了解更多DynaSpatial空间转录组产品，请联系：support@dynamic-biosystems.com
[1] Rao A, Barkley D, França G S, et al. Exploring tissue architecture using spatial transcriptomics[J]. Nature, 2021, 596(7871): 211-220.
[2] Moses L , Pachter L . Museum of spatial transcriptomics (Mar, 10.1038/s41592-022-01409-2, 2022)[J]. Nature methods, 2022(5):19.
[3] Longo S K, Guo M G, Ji A L, et al. Integrating single-cell and spatial transcriptomics to elucidate intercellular tissue dynamics[J]. Nature Reviews Genetics, 2021, 22(10): 627-644.
[4] Wu Y, Cheng Y, Wang X, et al. Spatial omics: Navigating to the golden era of cancer research[J]. Clinical and Translational Medicine, 2022, 12(1): e696.
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