“空间转录组技术”被Nature Methods杂志评为2020年年度技术。这不是一个新的概念，这是一项紧跟着高通量单细胞转录组技术发展起来的前沿技术。当我们讨论基因表达模式的时候，我们往往会关注两个维度：空间维度 (temporal) 和时间维度(spatial)。

目前研究空间转录组的技术非常多（见下图），概况起来有4种解析“空间性转录组”的策略（如封面图）：

第一种方法，根据单细胞转录组数据并结合marker gene的原位杂交实验数据，利用计算机来模拟重构组织的空间形态。例如Satija 和他同事提出的Seurat，这是一个在单细胞数据分析中广泛用到的R包，我们可以利用scRNA-seq数据，结合FISH数据提供的marker gene位置信息，绘制出marker gene在正在组织区域的表达强度分布，最终每个单细胞通过marker gene表达谱(expression profiles)和强度分布(expression densities)而被定位还原组织中的特定位置；

第二种方法，即结合激光显微切割+测序（LCM-seq）。这种技术对仪器和实验人员的操作要求较高，而且获取的通量也比较低，例如Casasent和他的同事开发了topographic single cell sequencing (TSCS)技术来比较单个细胞基因组结构差异。具体是组织制片侯，用H&E染色，这样在显微镜下就可以识别单个细胞核了，LCM可以以此来捕获单个细胞了，虽然繁琐通量低，但是仍然可以获得单个细胞转录组和基因组信息；

第三种策略，就是基于高分辨图像的原位转录组测序(Image-Based In Situ Transcriptomics)。代表性的是single-molecule FISH(smFISH)，这是是空间组技术“基于杂交方法的开端”。最初用FISH仅同时在亚细胞学水平定性定量检测分析3-4个mRNA转录本。显然，不能满足对检测通量的期望，随后多通道的multiplexed smFISH开始发展，例如Expansion FISH (ExFISH)可以检测到8个基因，ouroboros single-molecule FISH (osmFISH) 可以检测到33个基因。在2020年，2个研究小组，通过对单细胞每个mRNA打标签(barcoding)的技术，进一步提高了通量。其一是Sequential FISH (seqFISH)，通过多轮杂交检测单个细胞中barcoded mRNA，这样在单个固定的细胞中可以检测到>10,000个基因。

科学家们致力于捕获阵列中的单个细胞信息。瑞典皇家理工学院（KTH）说，这个方法的分辨率可以达到100 微米，即10个细胞。该技术面临着许多挑战，mRNA可能朝多方向扩散，会造成不准确的空间数据或混合表达模式的风险。

其二是哈佛大学化学和物理双料正教授庄小威（她领导的实验室，发明了STORM，Stochastic optical reconstruction microscopy，STORM 和 PALM，Photoactivated localization microscopy，同时首创了基于单分子的超高分辨率成像方法。）发明的MERFISH(multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization)。首先把细胞里面的每一种 RNA分子 确定一个二进制的标码，然后把它做标记，标记就能显示它的二进制标码。在第一个回合读的过程中，我们只标记那些 RNA 二进位第一位标码是 1 的，而第二个回合我们只需要读那些第二位标码是 1 的，这样依次下去。读到 N 位以后，每个细胞里面有很多点，每一个点代表的都是 RNA 分子。这样就变成一个很简单的数学问题，如果读了 N 位以后，你能够区分 2 的 N 次方种不同的 RNA。

（引用自https://www.sohu.com/a/153208242_688647 ）

第四种策略，就是“基于空间条形码（spatial barcodes）的空间转录组技术。2017年，10X公司收购了“空间转录组“公司，并且将这项技术进行了商业化。接下来我来简单介绍一下这个10X Genomics Visium产品的工作流程。

如上图，一张 玻片上对应的4个捕获区域可以构建4个空间文库，单个捕获区域大小为6.5 mm × 6.5 mm，约5,000个 spots，单个 spot 直径为55 μm, spot 与 spot 中心之间的距离为100 μm，每个 spot 含有独一无二的条形码（spatial barcode）来标记空间位置信息，且连接着 UMI 和 poly（dT）来捕获靶区域内的 RNA，实现反转录，扩增，和建库测序一系列步骤。

总结说来，正如瑞典皇家理工学院（KTH）生命科学实验室的Joakim Lundeberg及其同事指出，空间组技术可以分为两类，

一类是通过光学显微直接揭示组织的基因表达；

另一类是涉及原位杂交、原位测序、原位捕获并通过计算机分析从而重构空间数据的技术；

空间分析尚无法提供所有单个细胞范围的转录组信息，但该领域正朝着单个细胞的方向快速发展。空间转录组学是单细胞scRNA-seq后的下一波热潮，这对人类疾病的研究特别有用，因为人类疾病通常始于单细胞，并在时空上的扩散。

备注：全文信息来源，见https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167779920301402

https://science.sciencemag.org/content/348/6233/aaa6090

单细胞分选与分离（FACS细胞流式分选/半自动手动挑选）

流式细胞分选技术（ fluorescence activated cell sorting，FACS）的应用非常广泛， FACS 可以高通量、高效的将目标单细胞样本回收到 96 孔板或 384 孔板中，与高通量、标准化实验操作兼容。如果与高通量、标准化实验操作兼容。

缺点是 FACS 对细胞有一定损伤，对 起始 细胞数量有一定要求，细胞数量较少的细胞亚群或珍贵样本不适合使用 FACS 进行单细胞回收。例如CTC细胞，我们另有合作伙伴的专利技术解决。

王卓等(2021)单细胞基因组测序技术新进展及其在生物医学中的应用[J]. 遗传, doi: 10.16288/j.yczz.20-363.

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