“類器官”是一種類似于真實器官的組織結(jié)構(gòu)，它是由人體細胞、成體干細胞或多能干細胞經(jīng)過體外三維（3D）培養(yǎng)形成的組織類似物，能夠模擬真實器官的部分或全部功能。在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究中，“類器官”正逐漸成為疾病研究、藥物開發(fā)以及再生醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵工具。

盡管類器官是一種革命性的生物模型，但其應(yīng)用仍受限于缺乏有效的表征方法。目前，類器官主要采用傳統(tǒng)的切片方式獲取表征樣本，但由于單個類器官體積小導(dǎo)致切面細胞數(shù)過少，存在嚴(yán)重的信息丟失現(xiàn)象，無法滿足現(xiàn)有類器官的精細表征需求。

為解決這一問題，近日，深圳華大生命科學(xué)研究院、清華大學(xué)深圳國際研究生院，及深圳市西格諾生物科技有限公司開展合作研究，在國際知名學(xué)術(shù)期刊PNAS上發(fā)表了最新研究成果。

成果開發(fā)了一種類器官的新型表征方式，以機械壓片為前處理方案，利用華大自主研發(fā)的“超廣角百億像素生命照相機”——時空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq，成功構(gòu)建了全球首個類器官-時空聯(lián)用技術(shù)（LOSRT），從時間和空間等維度精確、穩(wěn)定、快速表征類器官，為類器官研究領(lǐng)域帶來了新的突破。

PNAS官網(wǎng)截圖

團隊通過西格諾生物公司自主研發(fā)的類器官微球打印機，實現(xiàn)了不同癌種體外準(zhǔn)確、快速、高通量的建模，完成了液滴工程化類器官（DEOs）的制造。這個過程將細胞活動定義在納升至亞微升空間，并顯著縮短了腫瘤類器官建模的時間。

緊接著，清華大學(xué)研究團隊通過自研的恒壓裝置對液滴工程化類器官（DEOs）進行層壓處理，并隨后利用華大時空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq對層壓后的類器官進行空間轉(zhuǎn)錄組分析。

以上工作流共同構(gòu)成了LOSRT，即類器官-時空聯(lián)用技術(shù)。

清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授馬少華表示：“時空組學(xué)技術(shù)是活體細胞和組織生物信息深層挖掘的高效技術(shù)，但人源類器官因體積小和細胞稀疏，與時空組技術(shù)較難融合。類器官層壓法為類器官和時空組學(xué)兩個重要技術(shù)的互補聯(lián)用提供了可行方案。未來，進一步融合類器官和時空組技術(shù)優(yōu)勢，有望改變當(dāng)前藥物研發(fā)的模式，創(chuàng)造出AI+制藥的新路徑?！?/span>

LOSRT技術(shù)示意圖

在本研究中，團隊將LOSRT技術(shù)應(yīng)用在了小鼠的肺和肝類器官中，成功構(gòu)建了類器官單細胞分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜。

除了成功捕捉到肺類器官中活細胞和死細胞的對比圖像，團隊還進一步獲取了層壓肺類器官的ssDNA成像結(jié)果，及通過時空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq解析出的細胞類型注釋和分類。

使用LOSRT解析小鼠肺類器官的空間轉(zhuǎn)錄組信息

研究團隊還特別關(guān)注到肺泡II型細胞和巨噬細胞的空間分布。通過SFTPC基因和F4/80標(biāo)記，結(jié)合免疫熒光染色技術(shù)，驗證了這些細胞類型的空間表達模式，進一步證實了LOSRT技術(shù)在單細胞水平上解析細胞類型的準(zhǔn)確性。

此外，團隊還在成果中展示了三組重復(fù)鼠肺類器官的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，強調(diào)了LOSRT技術(shù)在解析類器官細胞組成和分布模式方面的強大能力，以及在不同實驗條件下保持結(jié)果一致性的可重復(fù)性。

而通過空間近鄰分析，團隊探析了層壓肺類器官中不同細胞類型之間的空間距離分布，揭示了細胞間的相互作用和通訊模式，為類器官研究提供了重要的定量指標(biāo)。這些發(fā)現(xiàn)對于推動類器官技術(shù)在精準(zhǔn)醫(yī)療和藥物開發(fā)中的應(yīng)用具有重要意義。

本文采用時空轉(zhuǎn)錄組FF產(chǎn)品方案，并基于DNBSEQ-Tx測序儀進行測序。若您希望深入了解更多關(guān)于我們的產(chǎn)品方案，只需掃描文章下方的二維碼，即可輕松與我們?nèi)〉寐?lián)系，期待您的咨詢。

時空組學(xué)STOmics產(chǎn)品矩陣

華大生命科學(xué)研究院院長徐訊研究員，清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授馬少華、深圳西格諾生物科技有限公司總經(jīng)理蔡詠德為論文共同通訊作者。清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授馬少華、碩士研究生王皖龍、周佳琪、海澄、侯毅博、深圳華大生命科學(xué)研究院生物信息副研究員廖上峰為論文共同第一作者。

*本文部分轉(zhuǎn)載自微信公眾號“華大集團BGI”