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时空组学

Stereo-seq是国内生命科学龙头机构华大自主研发的时空转录组技术,该技术基于DNA纳米球(DNA Nano Ball, DNB)开发,是具有高通量、超高分辨率、大视场的原位全景式技术,可以实现同一样本在组织、细胞、亚细胞、分子“四尺度”同时进行空间转录组分析[1]。该技术通过时空芯片捕获组织中的mRNA,并通过空间条形码(Coordinate ID, CID)还原回空间位置,实现组织原位测序,为深入地了解细胞的基因表达及形态与局部环境之间的关系建立强大的研究基础[2]。


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纳米级分辨率
实现亚细胞级分子定位
Stereo-seq 技术的检测分辨率可达到500 nm,实现对单个细胞及分子信息进行空间定位和检测。
纳米级分辨率
厘米级全景视场
定制芯片满足不同组织需求
Stereo-seq 标准Stereo-seq 芯片大小为1 cm × 1 cm,同时可依据组织大小定制不同尺寸的芯片。
厘米级全景视场
纳米级分辨率
厘米级全景视场

技术流程

样本制备

样本制备

对组织样本进行冷冻、OCT包埋和切片,并将其铺贴到时空芯片。每张芯片(1 cm × 1 cm)含有 4 × 10^8个带空间坐标的数据点,每个数据点的直径为220 nm,两个数据点的中心相距500 nm。

组织透化与文库构建

组织透化与文库构建

时空芯片上装载具有空间坐标信息的捕获探针,对组织切片进行固定和透化后,探针在芯片上原位抓取组织细胞释放的 mRNA 分子,随后进行cDNA合成与扩增。收集扩增后的cDNA,作为模板构建测序文库。

测序

测序

用华大DNBSEQ系列高通量测序仪完成测序。

数据分析及可视化

数据分析及可视化

您可以使用时空云平台(STOmicsCloud)在线上进行数据分析及可视化。您也可使用Stereo-seq分析流程软件包(SAW)自行进行数据处理获得基因的空间表达矩阵;矩阵可用于下游个性化分析。

产品方案

产品方案

时空转录组FF V1.3

时空转录组FFPE

时空转录组大尺寸芯片

时空蛋白转录组Stereo-CITE

方案简介

以单细胞级分辨率水平分析空间转录组信息,精细解析基因表达空间特征

利用随机探针原位捕装FFPE 样本的RNA,实现全物种转录组空间表达图谱构建

不影响转录组捕获效率的前提下,单次实验面积最大可达13cm*13cm

在同一张组织切片实现转录组和100+ 重蛋自原位无偏共检测

捕获原理

Poly A捕获

随机探针捕获

Poly A捕获

Poly A捕获

分辨率

500 nm

500 nm

500 nm

500 nm

染色方案

ssDNA/H&E/DAPI

ssDNA染色/H&E染色

ssDNA/H&E

DAPI染色

检测信息

RNA

RNA

RNA

RNA和蛋白

物种兼容性

不限物种

不限物种

不限物种

人和小鼠

组织兼容性

新鲜冷冻样本

石蜡包埋样本

新鲜冷冻样本

新鲜冷冻样本

捕获面积

0.5cm*0.5cm                                                                       1cm*1cm

1cm*1cm

1cm*2cm、2cm*2cm、2cm*3cm、            定制尺寸,最大到13cm*13cm

1cm*1cm

拓展应用

转录组兼容组织形态学                                                 

转录组兼容低通量蛋白检测                                           

空间单细胞分析

转录组兼容组织形态学                 

微生物共检测                

非编码RNA捕获              

空间单细胞分析

支持定制化                                       

空间单细胞分析

支持自偶联抗体实现个性化蛋白检测                             

转录组兼容高通量蛋白检测


生信分析工具

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通过将多重免疫荧光(mIF)染色方法融入标准 Stereo-seq 转录组实验流程中,Stereo-seq 技术可对同一组织切片的RNA和蛋白质进行共检测,并在单细胞分辨率水平下实现多重蛋白的空间可视化。在不影响mRNA捕获的前提下,基于蛋白组图像和转录组数据的整合分析,研究人员可更深入地评估样本价值,解析复杂的病理和生理过程。


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技术流程——超高分辨率的空间转录组与蛋白组共检测



生信分析工具


Stereo-seq时空组学技术为用户提供多种数据分析解决方案,除云端STOmics Cloud方案可通过用户回传测序数据及图像文件,实现数据云端分析及可视化展示之外,线下ImageStudio+SAW+StereoMap组合方案亦可对芯片进行图像处理、数据分析、可视化展示及结果调整等操作。

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案例分析

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单细胞和时空转录组分析揭示银屑病潜在致病机制

研究背景
研究策略
研究结果
银屑病是一种慢性、复发性、炎症性皮肤病,影响全球2%~3%的人口,被世界卫生组织列为最严重的非传染性疾病。银屑病的慢性炎症过程常导致骨关节、心血管等损害以及代谢异常,严重影响患者的生活质量。本研究利用单细胞转录组DNBeLab C4和时空组学技术Stereo-seq,描述了真皮内基质细胞的特征,并分析了成纤维细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞之间的相互作用,揭示了基质细胞参与银屑病炎症微环境的新证据。
本研究样本来源于17例银屑病患者,采集其‌皮损和‌非皮损皮肤样本以及6例‌健康个体皮肤。本研究结合单细胞RNA测序、空间转录组测序和批量RNA测序,系统解析银屑病皮损、非皮损及健康皮肤中基质细胞的异质性。通过364,098个单细胞数据,鉴定了成纤维细胞、血管内皮细胞(VECs)和平滑肌细胞(VSMCs)的亚群及其功能变化。
银屑病微环境细胞特征研究团队收集了17名银屑病患者和6名健康人,共获得37个新鲜皮肤样品,其中包括14对患者皮损和非皮损样品。通过单细胞测序共得到364,098个细胞,共分为10个大的细胞类型。接着将成纤维细胞分为8个亚型,包括WIF1+成纤维细胞、CCL19+成纤维细胞、PI16+成纤维细胞、FGFBP2+成纤维细胞、COL11A1+成纤维细胞、WNT5A+成纤维细胞、TNN+成纤维细胞和ANGPTL7+成纤维细胞。这些不同亚型的成纤维细胞在皮损中显示出明显基因表达差异,其中WNT5A基因的表达在皮损中上调。在皮损中WNT5A+成纤维细胞的比例(9.99%)显著高于非皮损 (3.55%) 和健康皮肤 (2.83%) 。与相邻匹配的非皮损相比,皮损中WNT5A+成纤维细胞数量增加,且与PASI评分呈正相关(r = 0.59,P < 0.05)。在病变皮肤中,观察到WIF1基因 (WNT抑制因子1)的表达降低和WIF1+成纤维细胞比例降低。轨迹分析显示WNT5A+成纤维细胞来源于WIF1+成纤维细胞。Stereo-seq和免疫荧光显示银屑病皮损真皮中有明显的WNT5A+成纤维细胞浸润。Stereo-seq还显示出成纤维细胞各种亚型在真皮中的空间位置差异。综上,团队描绘了银屑病炎症微环境中成纤维细胞亚型的特征,突显WNT5A+成纤维细胞对促炎和血管生成的重要作用。 WNT5A+成纤维细胞在皮损真皮乳头内聚集银屑病基质细胞之间的通讯然后,团队通过检测配体受体对基因的表达模式,评估了健康皮肤、非皮损和皮损中细胞通讯的强度。在所有细胞亚型中,WNT5A+成纤维细胞在皮损和非皮损上均表现出最强的外向输出相互作用强度。作为WNT5A的受体之一,MCAM同时在TIH5+血管内皮细胞和VCAN+血管平滑肌细胞呈高水平表达,并且在皮损中MCAM与WNT5A的相互作用强度显著。该研究还揭示了来自WNT5A+成纤维细胞的配体(COL1A1, COL1A2, COL4A1, COL4A2,COL6A3和TNC)与VCAN+血管平滑肌细胞以及ITIH5+血管内皮细胞上的受体(CD44, ITGA1, ITGA8, ITGA9, ITGB1)之间的通信频率,促进了皮损中的细胞相互作用。Stereo-seq显示皮损真皮乳头内存在WNT5A+成纤维细胞、VCAN+血管平滑肌细胞和ITIH5+血管内皮细胞共定位,并通过多重免疫荧光验证。这些来自基质细胞的配体和受体在皮损中的上调表达,以及细胞在空间上的相互临近,为银屑病皮损真皮乳头内细胞通讯提供了便利。基质细胞之间的通讯 总之,本研究描述了真皮乳头内基质细胞的特征,并分析了成纤维细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞之间的相互作用,揭示了基质细胞参与银屑病炎症微环境的新证据。这些发现对探索炎症过程中维持基质细胞平衡的策略,和开发银屑病新的药物靶点具有重要意义。 安徽医科大学第一附属医院汤华阳副教授为论文通讯作者。苏州大学第四附属医院(苏州市独墅湖医院)张博博士、三亚华大生命科学研究院梅俊谱生物信息副研究员、华大基因智惠医学研究院廖启军博士、安徽医科大学第一附属医院周珊和黄贺博士为论文共同第一作者。三亚智数生物信息工程师容哲柔参与项目分析并署名。 
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