Nature Genetics | 高通量空间转录组技术驱动器官发育研究：MAGIC-seq为临床多组学研究提供新手段

近年来，空间转录组学（Spatial Transcriptomics, ST）技术在揭示复杂组织的分子结构方面取得了显著进展，尤其是对胚胎发育、器官发生和肿瘤微环境等生物过程的研究具有重要意义。ST技术能够同时捕获组织的空间和分子特征，提供了前所未有的三维转录组图谱。然而，现有的ST方法在处理大规模样本、降低成本和保持高通量的同时，确保大视野和3D体积兼容性方面仍存在挑战。

2023年9月10日，Nature Genetics发表了一项研究，介绍了一种创新的微流体技术辅助网格芯片用于空间转录组测序（MAGIC-seq）。该方法结合了碳二亚胺化学、空间组合索引以及微流体设计，显著提升了条形码的标记效率，并能够在降低成本的同时，实现对多种组织类型的敏感、稳定且可重复的检测。与传统方法相比，MAGIC-seq在提高通量和减少批次效应方面表现突出。MAGIC-seq能够分析包括小鼠脑切片在内的复杂组织，达到接近单细胞分辨率的转录组解析，揭示小鼠器官发生过程中的转录变化和动态轨迹。

MAGIC-seq的独特之处在于它能够高效、低成本地处理大视野的组织样本，同时保证高分辨率。该方法生成的小鼠发育脑转录组图谱包含93个切片，全面描绘了小鼠发育过程中的分子与细胞景观，为神经科学和发育生物学提供了宝贵的资源。

MAGIC-seq的核心技术包括三个主要步骤。首先是定制微流体芯片设计，根据不同样本需求设计多种芯片架构。其次是空间条形码DNA阵列的预制，通过碳二亚胺化学反应将条形码固定到玻片上，再使用微流体芯片垂直排列条形码，从而生成一个空间组合索引的DNA阵列。最后是样本制备和测序，通过固定组织切片并进行转录和扩增，生成包含空间条形码和cDNA插入物的文库，随后进行双端测序。

MAGIC-seq的显著优势在于高通量、低成本和大视野。研究团队将MAGIC-seq与其他主流空间转录组技术进行对比，结果显示MAGIC-seq在多项关键性能指标上表现出显著优势。例如，在小鼠脑切片实验中，MAGIC-seq在采集点处检测到的中位UMI数量和基因数量明显高于其他方法。MAGIC-seq在采集面积、采集点数量和成本上也表现出优势，每平方毫米的成本显著低于其他方法。同时，MAGIC-seq在检测不同小鼠脑切片时表现出极高的重复性，能够有效地消除不同实验批次之间的差异。

研究团队还应用MAGIC-seq技术生成了小鼠发育过程的时空转录组图谱，覆盖了从E17.5到P4的关键发育阶段。分析结果揭示了小鼠肺、肝、心脏等器官在发育过程中基因表达的动态变化。例如，小鼠肺部的表面活性物质基因在P0和P4阶段表达显著增加，肝脏中肝母细胞标志物的持续高表达表明出生前后肝脏细胞仍在进行活跃的增殖。

总之，MAGIC-seq是一项创新的空间转录组技术，通过其高通量、低成本和大视野的设计，成功解决了现有ST方法的诸多瓶颈。该技术不仅在神经科学和发育生物学研究中发挥重要作用，还为多组学研究提供了宝贵的技术支持。研究人员通过MAGIC-seq生成的大规模3D空间转录组图谱为科学家提供了全新的视角，帮助深入了解复杂组织的分子结构和动态变化。