就像單細胞測序已經(jīng)徹底改變了生物學(xué)的許多領(lǐng)域一樣，空間組學(xué)在完整的組織樣本上原位測量分子參數(shù)，將推動新一代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。空間組學(xué)技術(shù)主要研究蛋白質(zhì)及其修飾或mRNA，空間分析方法往往比非空間方法“較淺”，通常在空間分辨率(或分析深度)與實驗時間投入呈反比，盡管存在限制，這一新興領(lǐng)域已經(jīng)為各個領(lǐng)域提供了許多不同的見解，包括動物發(fā)育和大腦結(jié)構(gòu)及與患者預(yù)后相關(guān)的腫瘤微環(huán)境(TME)的特征等。雖然我們正處于空間組學(xué)革命的開端，但進展速度驚人且清晰。

小編寄語

所有的生物學(xué)都發(fā)生在空間中。在生物體中，細胞必須在三維組織中進行交互和組裝。每個細胞的位置對于決定組織如何運作或在疾病中出現(xiàn)故障，與其內(nèi)在性質(zhì)一樣重要，因此空間組學(xué)必將“引爆”下一個風(fēng)口，8月4日，劍橋大學(xué)的Gregory J. Hannon團隊在Science期刊以“The dawn of spatial omics”為題發(fā)表一篇綜述，探討了各個空間組學(xué)技術(shù)的優(yōu)缺點、應(yīng)用的機遇與挑戰(zhàn)，以及對空間組學(xué)技術(shù)的未來展望。下面我們跟著大佬的腳步，一起去看看吧。

未來空間組學(xué)領(lǐng)域發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在三個方面:

(i) 多組學(xué)聯(lián)合，一個樣本同時測量不同參數(shù)（如DNA、RNA和蛋白質(zhì)）；

(ii)提高技術(shù)廣泛應(yīng)用的可及性，技術(shù)變得更容易獲取、更可靠和更強大；

(iii)改進分析框架，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越重視數(shù)據(jù)分析和實驗設(shè)計，空間組學(xué)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，在處理、分析和可視化方面有重大挑戰(zhàn)。其次，樣本重復(fù)、研究設(shè)計和批量校正的統(tǒng)計方法和指導(dǎo)方針雖然發(fā)展迅速，但仍然比較滯后。另外，空間組學(xué)可能發(fā)展成為三維空間組學(xué)(對整個器官甚至生物體上操作)和空間-時間組學(xué)(在體內(nèi)進行多次測量)，為生物學(xué)的工具箱增添更多強大而令人興奮的工具。

小編有話說

【中科新生命】重點布局的時空多組學(xué)，先后建立了基于10x Genomics 最新Chromium X的單細胞轉(zhuǎn)錄組測序平臺和visium空間轉(zhuǎn)錄組平臺。以及基于Bruker最新MALDI 2 Tims-tof flex空間代謝組平臺開發(fā)的一站式高端版的空間代謝組學(xué)分析解決方案，通過增加分子分離維度和對“后電離”技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，實現(xiàn)對代謝物進行空間分布分析的同時完成高深度的定性定量。中科新生命作為國內(nèi)首家引入MALDI 2Tims-tof flex平臺的服務(wù)商，能夠給廣大科研工作者提供相比傳統(tǒng)空間代謝組更多維、更靈敏的代謝檢測服務(wù)。

在這樣一個豐富且不斷發(fā)展的領(lǐng)域，需要選擇最適合的技術(shù)來應(yīng)對特定的生物挑戰(zhàn)，本文作者提出了一個不同空間組學(xué)技術(shù)家族的系統(tǒng)目錄，闡明了每種技術(shù)的優(yōu)勢與局限性，建議可根據(jù)研究目標(biāo)和限制進行技術(shù)選擇。

數(shù)據(jù)分析挑戰(zhàn)：在理想的情況下，無論是針對RNA、蛋白質(zhì)還是DNA的空間分析方法，都將在短時間內(nèi)以亞細胞分辨率提供一個近乎完整和無偏的整個細胞分子含量圖像，并且十分可靠、便宜，適用樣本范圍較廣?？臻g組學(xué)原始數(shù)據(jù)有時非常大，沒有專門的硬件和軟件就無法正確地顯示它們，如何將不同的圖像周期重新調(diào)整和將多個視場拼接連貫起來？如何劃分亞細胞及彌補降維、聚類丟失的空間信息？作者提出新開發(fā)的一個多組學(xué)的數(shù)據(jù)分析流程，針對每一步重要的分析展示在下圖：

starfish數(shù)據(jù)分析流程

實驗設(shè)計挑戰(zhàn)：

(i)在每個位置測量的特征數(shù)量有限，克服這個限制的一種策略是將空間測量與分解的單細胞方法相結(jié)合，但數(shù)據(jù)整合只可能用于相同(或非常相似)的樣本；

?(ii)重復(fù)，在樣本的空間結(jié)構(gòu)有一定程度的一致性時較容易實現(xiàn)，例如發(fā)育中的胚胎或大腦皮層，獲得多個重復(fù)并取其平均結(jié)果，但高度異質(zhì)性和不一致空間結(jié)構(gòu)的病理組織(如腫瘤)比較困難；隨著數(shù)據(jù)分辨率的提高，即使表面上具有可重復(fù)結(jié)構(gòu)的組織，也顯示出樣本與樣本之間的異質(zhì)性，甚至達到了每個樣本都不同的極端水平。因此，空間組學(xué)研究的最佳實驗設(shè)計通常搭配不同但互補的技術(shù)。

小編感悟

空間多組學(xué)實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)分析確實存在較大研究難度，目前【中科新生命】布局的時空多組學(xué)經(jīng)過不懈努力開發(fā)測試，可實現(xiàn)空間代謝+空間轉(zhuǎn)錄+空間蛋白三組學(xué)或者兩組學(xué)的聯(lián)合方案，同時提供輔助空間組學(xué)研究的單細胞轉(zhuǎn)錄、單細胞蛋白、單細胞代謝等單細胞層面技術(shù)服務(wù)，提供從實驗設(shè)計、實驗設(shè)備器材、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灢僮?/strong>再到數(shù)據(jù)處理分析、圖像對齊、圖像分割、數(shù)據(jù)挖掘 “一站式”解決方案，真真正正讓空間多組學(xué)成為您的發(fā)文利器，目前已有高水平空間代謝聯(lián)合單細胞測序項目見刊，多篇項目成果在投，感興趣的老師請咨詢中科新生命當(dāng)?shù)劁N售，我們將為您提供更快、更可靠、更強大、更全面的多組學(xué)服務(wù)。

展 望

就在幾年前，能夠繪制組織中每個細胞的分子組成，并在同一實驗中調(diào)查數(shù)百個標(biāo)記和數(shù)百萬個細胞，被認(rèn)為是科學(xué)小說而不是科學(xué)?，F(xiàn)在，單細胞和空間組學(xué)技術(shù)正在飛速發(fā)展，賦予科學(xué)家新的能力來研究復(fù)雜的生物過程。我們要做的就是評估新型方法的局限性、理想應(yīng)用領(lǐng)域、如何將良好的實驗實踐和嚴(yán)格的分析應(yīng)用于所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。隨著越來越多的實驗室獲得這些新一代技術(shù)，令人難以置信的生物學(xué)洞察力就在眼前。

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