Иллюстрация пространственного отпечатка транскриптов, полученных с помощью Nova-ST, а также локализация кластеризации в бинах для коронарного среза мозга мыши. Иллюстрация под мозговым срезом представляет собой электронную микрофотографию перепрофилированного чипа секвенирования Illumina Novaseq. Дизайн обложки: Дуйгу Колдере Вилен (designosome.com). Кредит: VIB (Фландрийский институт биотехнологии)
Группа исследователей из лаборатории профессора Штейна Аэртса (VIB-KU Leuven) представляет Nova-ST, новую технику пространственной транскриптомики, которая обещает преобразовать профилирование экспрессии генов в образцах тканей. Nova-ST сделает крупномасштабный, высокоразрешающий пространственный анализ тканей более доступным и недорогим, предлагая значительные преимущества для исследователей. Исследование было опубликовано в Cell Reports Methods.
Транскриптомика — это изучение экспрессии генов в клетке или популяции клеток, но обычно она не включает пространственную информацию о том, где эти гены были активны. Это препятствие ограничило наше понимание сложных биологических процессов, которые зависят от определенных моделей активности генов в тканях.
К счастью, пространственная транскриптомика стала мощным инструментом, позволяющим ученым картировать экспрессию генов в срезе ткани с пространственным контекстом. Однако существующие методы часто страдают от высокой стоимости, ограниченного разрешения или проблем совместимости.
Встречайте Nova-ST, новый рабочий процесс пространственной транскриптомики с открытым исходным кодом, разработанный лабораторией профессора Аэртса и экспертными подразделениями одноклеточной микрофлюидики и биоинформатики в VIB.AI и Левенском центре исследований мозга и болезней VIB-KU. Nova-ST преодолевает эти ограничения благодаря своему инновационному подходу, предлагая большую доступность, впечатляющее разрешение и универсальность.
Под капотом
В основе Nova-ST лежит продуманная адаптация Illumina NovaSeq 6000 S4 или проточные ячейки для секвенирования Novaseq X нового поколения, обычно используемые для крупномасштабного секвенирования ДНК. Эти проточные ячейки содержат плотную поверхность с наноузором, пронизанную крошечными наноямками со штрих-кодом, расположенными в гексагональной решетке.
Каждая лунка действует как место захвата для молекул мРНК из определенного места в образце ткани. Эта плотная наноструктурированная поверхность позволяет Nova-ST достигать высокого пространственного разрешения, потенциально захватывая отпечаток отдельных клеток.
«Затем мы используем эти сайты захвата, чтобы захватить молекулы мРНК, сохраняя их пространственные координаты», — объясняет доктор Суреш Пуватингал, который руководил экспериментальной разработкой и оптимизацией. «Секвенирование этих захваченных молекул мРНК выявляет профиль экспрессии генов для каждого сайта захвата. Объединяя эту информацию, мы можем реконструировать подробную карту активности генов по всему срезу ткани».
Графическая аннотация. Кредит: Cell Reports Methods (2024). DOI: 10.1016/j.crmeth.2024.100831
Преимущества
Новая платформа может похвастаться несколькими ключевыми преимуществами. Во-первых, она экономически эффективна. Используя легкодоступные проточные ячейки Illumina и применяя новую технологию резки чипов, можно создавать несколько чипов Nova-ST из одной проточной ячейки, что значительно снижает затраты по сравнению с существующими методами.
Во-вторых, плотная наноструктурированная поверхность позволяет Nova-ST достигать высокого пространственного разрешения, потенциально захватывая экспрессию генов на уровне отдельных клеток. В-третьих, Nova-ST совместим с различными типами тканей, что делает его универсальным инструментом для изучения разнообразных биологических систем. Кроме того, совместимость с проточными ячейками Illumina следующего поколения предполагает, что Nova-ST может извлечь выгоду из достижений в технологии секвенирования.
«Важно то, что открытый исходный код Nova-ST делает протокол доступным для более широкого круга исследователей и допускает дальнейшую настройку», — отмечает доктор Кристофер Дэви, руководивший анализом данных. «Наш рабочий процесс разработан так, чтобы быть удобным для пользователя и адаптируемым, гарантируя, что исследователи могут адаптировать методику к своим конкретным потребностям».
Влияние
Nova-ST — это последний пример более широких усилий в рамках исследовательского сообщества пространственной транскриптомики по демократизации доступа и созданию платформ, которые продвигают широкий спектр биомедицинских исследований, включая Seq-Scope и его последние варианты, разработанные в Мичиганском университете, а также недавно опубликованную платформу Open-ST, разработанную учеными из Центра Макса Дельбрюка в Германии.
Лаборатория Аэртса и экспертные подразделения уже применяют Nova-ST для продвижения исследований своих коллег в области нейродегенерации и биологии рака. Например, они обрабатывали образцы мышц для лаборатории Сандрин Да Круз (VIB-KU Leuven) для изучения влияния нейродегенеративных заболеваний на нервно-мышечные соединения. Кроме того, они работают с лабораторией Дитера Ламбрехта (VIB-KU Leuven) для расширения платформы Nova-ST.
Это расширение позволит проводить одновременный пространственный анализ рецепторов иммунных клеток и экспрессии генов, что позволит изучать распределение иммунных клеток в опухолях, проходящих иммунотерапию. Это сотрудничество подчеркивает практическое применение Nova-ST и его потенциал для воздействия на различные области.
Проф. Аэртс подчеркивает: «Nova-ST — это революционный инструмент для исследований в различных областях, от биологии рака до биологии растений. Открывая исходный код этой платформы, мы стремимся дать ученым по всему миру возможность исследовать и внедрять инновации».
Дополнительная информация: Суреш Пуватингал и др., Nova-ST: сверхплотная платформа с наноструктурой для пространственной транскриптомики, Cell Reports Methods (2024). DOI: 10.1016/j.crmeth.2024.100831
Подробные экспериментальные протоколы доступны здесь и здесь. Вычислительный конвейер доступен на GitHub, где все научное сообщество может использовать его для внедрения Nova-ST. Дополнительные сведения можно найти на сайте nova-st.aertslab.org.
Информация о журнале: Cell Reports Methods
Предоставлено VIB (Фландрийский институт биотехнологии)
