CosMx 單細胞空間組學技術各應用領域文獻匯總

編者按

空間組學技術能夠彌補單細胞測序技術無法獲取細胞空間分布信息的缺陷。CosMx SMI，一個突破性的單細胞空間原位成像平臺，結合了超高分辨率成像技術和多靶標檢測能力，能夠對組織切片中6000種RNA和64種蛋白質分子進行單細胞和亞細胞分辨率的原位成像，支持研究人員實現精準透徹的生物學解析。 

研究者可通過獲得的單細胞空間原位表達信息，實現精細的細胞分型，繪制細胞和基因表達的空間圖譜。同時還能通過細胞配受體以及細胞鄰域分析等，展示細胞鄰域和組織微環(huán)境，在單細胞空間背景下實現對細胞間相互作用、細胞通訊和細胞狀態(tài)的深入分析。

接下來通過展示幾篇CosMx SMI在不同研究領域的應用文獻及分析思路，幫助各位老師快速了解CosMx SMI的應用領域和數據分析思路。

 

文章詳情

1、腫瘤領域研究

文章題目：Presence of onco-fetal neighborhoods in hepatocellular carcinoma is associated with relapse and response to immunotherapy

發(fā)表時間：2024.01

期刊名稱：Nature Cancer

影響因子：23.5

實驗平臺：CosMx SMI、Stereo-seq、RNAscope

文章內容：

早期研究發(fā)現，肝細胞癌（HCC）的腫瘤微環(huán)境表現出與胎肝發(fā)育過程相似的免疫抑制特征，并證明了癌-胚細胞群與 Treg 細胞間存在共定位關系。但癌-胚重編程過程中的機制仍未明確。為了進一步探究癌-胚重編程過程中的細胞作用機制及功能，本研究構建了一個肝細胞癌單細胞圖譜，以描繪 HCC 腫瘤微環(huán)境的景觀。研究人員首先使用 CellChat 等多種算法構建了 HCC 腫瘤微環(huán)境的細胞間相互作用網絡，發(fā)現了三群癌胚細胞間具有緊密的細胞通訊聯系，并且 POSTN+ CAF 是塑造癌-胚重編程環(huán)境的關鍵通訊樞紐。并進一步使Stereo-seq、RNAscope 及 CosMx 等多種空間測序和成像手段，證明了這三群癌-胚細胞間的空間共定位關系，共同限定在癌-胚巢。

總之，該研究揭示了癌-胚重編程過程對 HCC 患者術后復發(fā)及治療耐藥的影響，為 HCC 的分層診療及治療策略的開發(fā)提供了重要的分子靶點。

 

2、神經領域研究  

文章題目：Microglia-astrocyte crosstalk in the amyloid plaque niche of an Alzheimer’s disease mouse model, as revealed by spatial transcriptomics

中文題目：空間轉錄組學技術揭示在阿爾茨海默病小鼠模型淀粉樣斑塊區(qū)域中小膠質細胞-星形膠質細胞的互作機制

發(fā)表時間：2024.06

期刊名稱：Cell Reports

影響因子：8.8

實驗平臺：CosMx SMI、Stereo-seq

文章內容：

阿爾茨海默�。ˋD）是一種進行性神經退行性變，淀粉樣蛋白-β（Aβ）沉積是該疾病的一個關鍵的神經病理學標志，小膠質細胞和星形膠質細胞的變化與疾病進展密切相關。本研究通過 CosMx SMI聯合 Stereo-seq空間組學技術，研究AD小鼠模型中淀粉樣斑塊區(qū)域中細胞組成及互作機制。結果發(fā)現斑塊區(qū)域以小膠質細胞積累的增加為標志，同時不同斑塊區(qū)域的細胞組成存在異質性。并且隨著斑塊區(qū)域小膠質細胞密度的增加，星形膠質細胞獲得更強的神經毒性表型，在誘導海馬神經元GABAergic信號和降低谷氨酸信號中發(fā)揮關鍵作用。

總之，本研究發(fā)現海馬斑塊周圍的小膠質細胞的積累破壞了星形細胞信號，進而導致神經元突觸信號的失衡。

 

 

3、免疫性疾病研究  

文章題目：Single cell spatial transcriptomic profiling of childhood-onset lupus nephritis reveals complex interactions between kidney stroma and infiltrating immune cells

中文題目：單細胞空間轉錄組分析揭示兒童期發(fā)病的狼瘡腎炎中腎基質和浸潤免疫細胞之間復雜的相互作用

發(fā)表時間：2023.11

期刊名稱：bioRxiv

實驗平臺：空間轉錄組測序（NanoString CosMx SMI）

文章內容：

患有系統(tǒng)性紅斑狼瘡 (SLE)的兒童 （稱為兒童期狼瘡性腎炎，cLN）患腎臟疾病的風險增加。本研究利用單細胞分辨率空間轉錄組學技術（CosMx SMI），生成了來自 8 名 cLN 患者和兩名對照者的腎組織（> 400,000 個細胞）的單細胞分辨率空間圖譜。分析結果顯示，不同類型的免疫細胞定位于 cLN 腎臟的特定區(qū)域，并且基因表達具有空間異質性，為 SLE 的免疫發(fā)病機制提供新的見解。此外，研究者還確定了空間相關gene module在炎癥誘導和腎小管間質纖維化發(fā)展中的預測作用。

總之，單細胞分辨率空間轉錄組學的應用，為cLN發(fā)展機制提供了新的見解，有利于更有針對性和個性化的治療。

 

4、消化系統(tǒng)疾病研究  

文章題目：Macrophage and neutrophil heterogeneity at single-cell spatial resolution in human inflammatory bowel disease

中文題目：在單細胞空間分辨率下揭示炎癥性腸病中巨噬細胞和中性粒細胞的空間異質性

發(fā)表時間：2023.07

期刊名稱：Nature Communications

實驗平臺：單細胞測序技術、空間轉錄組測序（CosMx SMI）、多色免疫熒光

文章內容：

炎癥性腸�。↖BD）是由免疫介導的慢性胃腸道疾病，分為克羅恩�。–D）和潰瘍性結腸炎（UC），但這兩種疾病在疾病進展和治療反應等方面具有顯著異質性。目前尚未建立有效的臨床或生物學特征來解釋和預測該現象。本項研究結合單細胞RNA測序（scRNA-seq）和單細胞空間原位分子成像（CosMx SMI）技術對IBD進行深入分析。scRNA-seq數據發(fā)現IBD患者之間最大的差異存在于髓系細胞，主要包括巨噬細胞和中性粒細胞。研究人員進一步利用了CosMx SMI單細胞空間原位分子成像技術對每個巨噬細胞和中性粒細胞亞群進行精細的空間定位和單細胞轉錄組表達檢測，在組織空間維度全面揭示了巨噬細胞的多樣性和可塑性，結果發(fā)現巨噬細胞和炎性成纖維細胞參與構建了強大的通訊網絡，闡釋了人類炎性腸病的細胞復雜性和導致IBD異質性的潛在機制。

單細胞空間多組學檢測技術是研究中的重要手段之一，能夠研究細胞在組織樣品中的相對位置關系，用于揭示細胞空間分布關系對疾病的影響，可應用于多個領域的研究，包括腫瘤、神經、免疫、消化系統(tǒng)疾病研究以及藥物靶點等。目前新推出的 6,000+ panel，能夠更加全面地對組織切片進行單細胞和亞細胞分辨率的原位成像，實現精準透徹的生物學解析。