CosMx 單細胞空間組學(xué)技術(shù)各應(yīng)用領(lǐng)域文獻匯總

編者按

空間組學(xué)技術(shù)能夠彌補單細胞測序技術(shù)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(jié)合了超高分辨率成像技術(shù)和多靶標(biāo)檢測能力，能夠?qū)�組織切片中6000種RNA和64種蛋白質(zhì)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(xiàn)精準(zhǔn)透徹的生物學(xué)解析。 

研究者可通過獲得的單細胞空間原位表達信息，實現(xiàn)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(xiàn)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(lǐng)域的應(yīng)用文獻及分析思路，幫助各位老師快速了解CosMx SMI的應(yīng)用領(lǐng)域和數(shù)據(jù)分析思路。

文章詳情

1、腫瘤領(lǐng)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(nèi)容：

早期研究發(fā)現(xiàn)，肝細胞癌（HCC）的腫瘤微環(huán)境表現(xiàn)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(guān)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(gòu)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(gòu)建了 HCC 腫瘤微環(huán)境的細胞間相互作用網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)了三群癌胚細胞間具有緊密的細胞通訊聯(lián)系，并且 POSTN+ CAF 是塑造癌-胚重編程環(huán)境的關(guān)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(guān)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(shù)后復(fù)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(jīng)領(lǐng)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(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)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(zhì)細胞-星形膠質(zhì)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(nèi)容：

阿爾茨海默病（AD）是一種進行性神經(jīng)退行性變，淀粉樣蛋白-β（Aβ）沉積是該疾病的一個關(guān)鍵的神經(jīng)病理學(xué)標(biāo)志，小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的變化與疾病進展密切相關(guān)。本研究通過 CosMx SMI聯(lián)合 Stereo-seq空間組學(xué)技術(shù)，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(jié)果發(fā)現(xiàn)斑塊區(qū)域以小膠質(zhì)細胞積累的增加為標(biāo)志，同時不同斑塊區(qū)域的細胞組成存在異質(zhì)性。并且隨著斑塊區(qū)域小膠質(zhì)細胞密度的增加，星形膠質(zhì)細胞獲得更強的神經(jīng)毒性表型，在誘導(dǎo)海馬神經(jīng)元GABAergic信號和降低谷氨酸信號中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

總之，本研究發(fā)現(xiàn)海馬斑塊周圍的小膠質(zhì)細胞的積累破壞了星形細胞信號，進而導(dǎo)致神經(jīng)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(zhuǎn)錄組分析揭示兒童期發(fā)病的狼瘡腎炎中腎基質(zhì)和浸潤免疫細胞之間復(fù)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(zhuǎn)錄組測序（NanoString CosMx SMI）

文章內(nèi)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(fēng)險增加。本研究利用單細胞分辨率空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)（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(jié)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(zhì)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(guān)gene module在炎癥誘導(dǎo)和腎小管間質(zhì)纖維化發(fā)展中的預(yù)測作用。

總之，單細胞分辨率空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的應(yīng)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(zhì)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(shù)、空間轉(zhuǎn)錄組測序（CosMx SMI）、多色免疫熒光

文章內(nèi)容：

炎癥性腸病（IBD）是由免疫介導(dǎo)的慢性胃腸道疾病，分為克羅恩病（CD）和潰瘍性結(jié)腸炎（UC），但這兩種疾病在疾病進展和治療反應(yīng)等方面具有顯著異質(zhì)性。目前尚未建立有效的臨床或生物學(xué)特征來解釋和預(yù)測該現(xiàn)象。本項研究結(jié)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(shù)對IBD進行深入分析。scRNA-seq數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)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(shù)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(zhuǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)巨噬細胞和炎性成纖維細胞參與構(gòu)建了強大的通訊網(wǎng)絡(luò)，闡釋了人類炎性腸病的細胞復(fù)雜性和導(dǎo)致IBD異質(zhì)性的潛在機制。

單細胞空間多組學(xué)檢測技術(shù)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(guān)系，用于揭示細胞空間分布關(guān)系對疾病的影響，可應(yīng)用于多個領(lǐng)域的研究，包括腫瘤、神經(jīng)、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(xiàn)精準(zhǔn)透徹的生物學(xué)解析。