全球首发 | M20 Spatial - 基于随机引物的全样本空间全转录组技术

2022年8月，M20 Genomics推出了首个基于随机引物的全长转录组单细胞测序技术M20 Seq和新一代单细胞测序平台VITA系列，将单细胞测序研究推进到多物种、全样本、全转录组和全长序列的2.0时代。

然而，对生命机制的研究，在于理解一个个生物学过程在时空维度上的发生与调控。在时空的维度上使用新的技术对细胞及分子机制进行更加精准的解析，M20 Genomics从来没有停止过探索与创新的步伐。

今天，M20 Genomics正式发布全球首个基于随机引物的全样本空间全转录组技术——“M20 Spatial”。利用M20 Genomics在随机引物上的技术优势，M20 Spatial将再次引领空间转录组技术走进多物种、全样本、全转录组和全长序列的新时代。

空间转录组技术的现状与挑战

和常规单细胞转录组相比，空间转录组能够将细胞类型及基因表达与空间位置对应起来，深入理解不同细胞亚型/状态的空间分布，精准分析细胞互作及其分子机制，为生物医药研究提供了具备独特优势的利器。

目前，空间转录组的技术路线目前已多达十多种，其中不少已经商业化，并广泛应用于组织细胞功能、器官发育追踪、肿瘤微环境分析、病理及疾病机制挖掘等方向，在神经科学、发育生物学、肿瘤研究和免疫学中展现出了巨大的潜力（图2）[1]。

多物种、全样本、长序列的空间全转录组技术

—— M20 Spatial

与现有的其它空间转录组技术相比，M20 Spatial最突出的特点有：

1. 全样本类型。M20 Spatial不仅可用于新鲜样本、冻存样本，还适用于FFPE样本，解决了FFPE样本空间转录组方法受限的难题，使研究不再受限于样本类型、时间、地域，更适合实验室中心化检测模式；

2. 全转录组。M20 Spatial可对全转录组进行无偏好的捕获，因此可实现对非编码RNA（如lncRNA）的研究，为研究和检测癌症等疾病带来全新的分析技术和工具；

M20 Spatial技术性能实测

但是，由于福尔马林的固定，FFPE样本组织中的核酸也容易发生不同程度的降解和分子间的交联，石蜡的高温渗入过程也会进一步加速核酸的降解。此外，保存的时间及环境对样品中的核酸也有巨大的影响。因此，从FFPE样本中捕获到高质量的RNA，并构建出信息完整、无偏好、可用于单细胞组学和空间组学研究的转录本，难度向来比新鲜和冻存样本更大，能使用的空间转录组平台也极为有限。

M20 Genomics使用M20 Spatial技术对多种人及小鼠组织的FFPE样本进行了测试，均显示出优异性能。在此，我们以心脏、脑等小鼠FFPE组织为例，和大家分享M20 Spatial在FFPE样本中的实测数据：

M20 Spatial在小鼠心脏FFPE切片中实现了高灵敏度的转录组捕获，在3,048个位点中，测得的总基因数为31,072。每个直径50 ㎛的位点中，中值基因数为3,651（图3）。

图4. 小鼠脑FFPE切片中检出的UMI数和基因数

以小鼠心脏、脑、肾脏等各个器官的FFPE样本为例，通过UMAP降维聚类，均能根据转录组的差异识别出多个细胞亚群（图5-7）。

同时，这些分群在样本切片上的空间映射图显示，通过M20 Spatial发现的细胞亚群对应着器官中各个不同组织的细胞（图5-7）。对于像脑这样较为复杂、不同区域细胞类型区别较大的器官，M20 Spatial的分群数据能直接体现出不同脑区的空间组织（图6）。

这些数据显示，M20 Spatial可以准确识别出在空间分布和转录组层面存在异质性的细胞亚群，非常适合用来对组织和器官中细胞间的空间异质性进行深入挖掘。

图5. 小鼠心脏FFPE样本聚类分群

现有的空间转录组平台均基于polyA探针或其它靶向探针捕获，有较强偏好性，因此获得的转录组信息存在较强的3’端偏好性或靶向区域偏好性。

M20 Spatial利用随机引物的优势，革命性地突破了上述偏好性限制，在无需结合三代测序的前提下，首次实现了空间转录组对gene body序列的无偏好全长覆盖。

由下图可见，M20 Spatial实现了空间转录组数据从5’到3’均一覆盖（图8），获得的转录组信息更加真实可靠。

M20 Spatial革命性地突破了空间转录组仅检测转录组编码区的局限，首次在多样本类型的空间转录组中实现了对全转录组RNA的检测。

在非编码RNA中，lncRNA参与癌症发生发展、免疫、应激、神经活动等多种生物学过程的调控，是近年科研的前沿热点。M20 Spatial在小鼠FFPE样本中检测lncRNA占到总检出RNA的2%-10%（图9-11），使空间转录组提供的信息更加深入和全面。

M20 Genomics发布的创新性空间转录组技术M20 Spatial，不仅实现了不受样本类型局限的空间转录组分析，更打破了以往空间转录组技术只能捕获编码区小部分转录组信息的局限，提供了前所未有的全面、深入的空间转录组信息，进一步拓展了空间转录组在神经、病理、肿瘤、免疫等领域的应用。基于M20 Spatial技术，M20 Genomics将于近期推出新一代空间转录组平台NATA系列，敬请期待。

M20 Genomics热切期待M20 Spatial这一新技术和相关产品助力用户获得更多前沿成果。M20 Genomics将继续发挥技术领先的优势，持续实现单细胞时空组学的技术创新和突破，以新一代单细胞技术引领生命科技的发展。感兴趣的行业同仁可以联系M20官方渠道进行咨询：

参考资料：

1. Park HE, et al. Spatial Transcriptomics: Technical Aspects of Recent Developments and Their Applications in Neuroscience and Cancer Research. Adv Sci (Weinh). 2023 Jun;10(16):e2206939.

2. Ma Y, et al. Non-coding RNA in tumor-infiltrating regulatory T cells formation and associated immunotherapy. Front Immunol. 2023 Aug 21;14:1228331.

3. Ali SA, et al. The non-coding RNA interactome in joint health and disease. Nat Rev Rheumatol. 2021 Nov;17(11):692-705.

4. Soutschek M, Schratt G. Non-coding RNA in the wiring and remodeling of neural circuits. Neuron. 2023 Jul 19;111(14):2140-2154.