基于測序的空間轉錄組學方法能夠實現全轉錄組范圍的基因表達分析，但其分辨率仍不及基于成像的方法（200-300 nm）。

2021年，密歇根大學的研究人員開發出一種名為Seq-Scope的技術，能夠以亞微米分辨率繪制完整組織內的基因活性。他們利用Illumina測序儀檢測所有表達的mRNA分子，并精確定位其在組織中的位置。

近日，由Jun Hee Lee教授領導的Seq-Scope研發團隊將這項技術推向新高度。他們的研究成果于2月10日發表在《Nature Communications》在線版上。

“我們曾設想，若擁有更高的分辨率，我們會觀察到什么，”密歇根大學安娜堡分校的Lee博士說。“但我們意識到，這在物理層面上根本無法實現。”

原因何在？

基于NGS的空間條形碼測序技術，其空間條形碼間距受限于0.5 μm。此外，組織透化和捕獲過程中的RNA擴散進一步加劇了這一限制，使有效分辨率降至1-3 μm。

為突破這一限制，研究人員將目標組織按比例放大，具體方法是將組織包埋在水凝膠中，然后注水使其膨脹。

這種創新使得空間特征密度提升了一個數量級，每平方毫米可生成數千萬個數據點。此外，按比例的組織膨脹技術可減少變形并限制RNA擴散。

“我們將組織放大，再利用Seq-Scope方法進行分析，” Lee博士解釋說。“我們成功證明該技術能夠精確捕獲組織中的轉錄組信息。”

利用這種名為Seq-Scope-X（Seq-Scope-eXpanded）的方法，研究人員能夠以更高的分辨率觀察細胞之間的界限，甚至觀察細胞內不同結構的轉錄本。

在肝組織中，這種方法能解析幾乎每個細胞的細胞核和細胞質區室，揭示其轉錄組模式的廣泛差異。經過成像方法的獨立驗證，這些結果表明每個肝細胞可動態切換其代謝作用。

Seq-Scope-X技術同樣適用于腦部和結腸組織，并可擴展至空間蛋白質組學領域。在小鼠脾臟和人類扁桃體中，它支持使用數百種條形碼標記的抗體進行大規模蛋白質組學分析。

研究人員表示，通過縮小測序法和成像法之間的差距，這種整合方法為深入了解不同組織中的細胞結構、亞細胞異質性和疾病機制鋪平了道路。

“我們已將分辨率提升了一個數量級，以便獲取更豐富的信息。這項技術發展迅猛，過去十年間分辨率每年提升約四倍，” Lee博士談道。