S-3000

引言空间转录组技术是结合成像、生物标记、测序及生物信息学等工具对组织切片的基因表达进行空间定位的一项技术。先后在2023年，被评选了在未来最有潜力对世界产生极大影响的十大技术之一；在2022年，被Nature评为值得关注的七大技术之一；在2020年被Nature Methods评为年度技术方法等等。其已经成为研究组织的细胞类型结构、分化状态、解析细胞间互作、阐明疾病或发育进程的分子机制的重要手段。在可预见的未来，空间转录组必将引领下一波热浪！空间转录组学旨在统计组织中不同空间位置的基因转录本数量。不同的技术有不同的技术参数。组织的大小可以从一个小的（<1mm2）切片到模型生物的整个器官切片；计算的基因数量可以从几十到几千甚至整个基因组；空间位置可以从整个组织域，到一个大的500μm×500μm的感兴趣区域，再到一个单细胞甚至更细。空间转录组已广泛应用于生物医学领域，例如以阐明组织分化中基因表达的广泛模式、空间定位的疾病机制以及癌症、神经科学和生殖生物学中驱动疾病的特定细胞类型。虽然在组织的原始位置探索基因表达模式，对于了解其中的细胞类型和功能至关重要，但是现有的空间转录组分析方法存在通量低、分辨率不足等局限。为了解决这一难题，2024年3月27日，百迈客生物在山东青岛正式发布百创S3000空间转录组芯片，该芯片在6.8mm*6.8mm的捕获区域内铺设了4,144,770个捕获位点，相邻两个捕获位点的中心距为3.5μm。相较于现在广受市场认可与好评的百创S1000转录组芯片，捕获位点数提升近2倍，分辨率同样提升近2倍。2024年3月27日，百迈客生物在山东青岛正式发布百创S3000空间转录组芯片。会上，百创智造副总裁刘敏对大家比较关心的百创S3000空间芯片的性能参数做了详细介绍。相同组织类型，相同数据饱和度下单细胞级分辨率下中位基因数提升30%-60%中位UMI提升30%-70%百创S3000捕获面积依然为6.8mm*6.8mm，相同面积内spots数目较之前提升~2倍（从200多万提升至400多万个），即相同面积内的捕获位点得到了接近翻倍的提升。实际密度效果提升动图展示：随着捕获位点密度的提升，对于相同大小的细胞，将能被更多的spots所捕获，从而让百创S3000能较之前版本能够获得更多基因。BMKMANU S3000产品动图实测数据分析结果概览●小鼠脑结果●小鼠胚胎结果同时，从性能上看，百创S3000芯片的发布，也将进一步加强百创产品“原片无错高清H&E+原片无错荧光+原片测序”的效果，“三片合一”实现更加精准的细胞分割，将空间转录组推进到单细胞分辨率的领域，使空间组学性能更进一步。“三片合一”专访发布会后，我们对百迈客生物总裁郑洪坤、中国科学院北京基因组研究所于军研究员、广东省人民医院费继锋研究员、北京大学现代农业研究院李博生研究员以及中国海洋大学王玮教授进行了专访。百迈客生物董事长兼CEO 郑洪坤百迈客生物董事长兼CEO 郑洪坤Q：请您简单介绍下，国产时空组学平台对于推动生命科学基础研究的价值与意义？对于时空多组学方向百迈客生物的深度布局是什么样的？空间转录组技术的突破，为组学的研究提供空间维度的信息，我国当前在空间转录组技术的研发处于全球领先的位置，也是在引领全球的发展方向。从未来的发展趋势来看，时空多组学这个方向肯定是必然的，我们在为从事生命科学研究机构和企业提供高品质、高质量的多组学研究服务同时，将会继续加大科研力量研发投入，在智能制造方向打造更多推动行业发展的高精尖产品，以空间组学这一未来技术趋势，做精做强百创系列产品，从而利用自身科研服务和智能制造双驱动，助力中国科研事业向前向快发展。Q：公司是否计划与行业合作伙伴共同推动空间转录组技术的发展？如果是，有何具体计划？空间转录组技术的应用领域非常多样，未来技术的进一步开发以及应用肯定需要一个生态系统以及产业链，大家共同来做，多方的合作肯定是必然的。我们始终以一种开放的心态，与不同领域的专家进行技术的交流和探讨。在应用端，涉及的领域非常广，只有更多的合作，发挥各自的优势才能推动整个领域的发展。中国科学院北京基因组研究所 于军研究员中国科学院北京基因组研究所于军研究员Q：您是国内基因组学的开拓者之一，也一直积极推动国内精准医疗的发展，并提出建立了通活学（Holovivology）的概念及理论，您能谈一下百创空间转录组能在这里边起到一定作用吗？时空转录组是众多组学研究中的一个，基因组作为信息流，转录组则属于操作流，百创S3000空间转录组芯片就是属于操作流检测的范畴，对基因的表达进行时间和空间层面的检测。Q：您对空间组学技术的发展有什么建议吗？要实现价格降低，比如结合自动化，特别是当应用于临床的时候。以肿瘤检测为例，当前传统的检测方法主要基于一些标记物进行检测，而通过空间转录组就可以看更多，分辨率也更高，肯定更好，但目前成本较高。针对特定的场景，未来也可以定向检测几千个基因，简化流程结合自动化，以及进一步优化材料（耗材），这样才能更有利于临床的推广和应用。Q：请您概述下高分辨率空间组学在人类疾病的遗传学中的应用方向？在人类疾病的遗传学中的应用方向是很多的，目前我们对于很多疾病的致病机制还并不清楚，所以需要测的比较多，在研究阶段很多疾病都可以做，但在应用阶段未来可能就针对特定疾病几个标志物检测可能就够了。Q：您对于未来空间转录组学领域的发展趋势以及技术挑战有何看法？主要技术挑战是如何实现直接测细胞本身的RNA（不需要逆转录和扩增等）以及对RNA的共价修饰的检测，实现高分辨率、高准确性的单分子的空间转录组测序。比如进一步结合固体纳米孔测序和单分子拉曼光谱等技术。广东省人民医院 费继锋研究员广东省人民医院费继锋研究员Q：您是时空组学方面的专家，尤其是在脑科学研究方面有着丰富的经验，您认为空间转录技术在脑科学方面有哪些应用？应用的过程中会有什么困扰因素呢？脑是一个很复杂的器官，细胞类型很丰富，而且涉及不同细胞类型互作，比较难以解析。空间转录组很大程度上可以在原位看到细胞的互作，以及相邻细胞的信号传导过程。当然，空间组看到的是RNA，还需要结合影像环路示踪技术，就可以看到在生理状态、损伤以及再生情况下的神经连通状态。Q：您是否有体验过百创S3000这个产品？您觉得百创S3000这个产品是否对提升您的研究有作用呢？有。我们一般用的再生模型都是通过切除来实现的，创口一般比较小，而且只有窗口附近的细胞会有比较剧烈的活动和变化。通过时空转录组的分析，在一个全局的切片上可以捕获再生反应的区域以及周边组织的RNA表达情况，进行高分辨率的分析，所以是有其独特的优势的。Q：您是否可以分享您选择组织器官再生研究的初衷？人的组织器官在损伤之后，通常都不能进行有效地修复再生，临床上也缺乏有效的手段，所以我们想利用模式生物，通过和人进行对比研究，看看相关的发现是否可以对人有一些借鉴。Q：近来也有一些脑科学相关的研究通过连续/间隔切片来进行脑3D图谱的绘制，您觉得未来脑3D图谱是否可以应用于蝾螈脑再生的研究中？是可以的，目前已有猴脑的相关研究，在蝾螈研究领域也可以进行全局的研究，像创面及创面周边是可以开展这类连续切片的研究。当前开展连续切片主要是存在成本较高的问题，希望未来可以开展。同时也希望未来可以有不依赖于切片的3D空间转录组技术。Q：在您看来，重启哺乳动物组织器官的修复再生面临哪些主要的科学挑战和技术瓶颈？百创S3000技术如何助力您克服这些难题？从蝾螈到哺乳动物的再生，需要进行跨物种比较分析，百创S3000技术不受物种限制，可以同时对蝾螈和其他哺乳动物组织器官修复再生数据进行比较，从中可能会找到一些差异。北京大学现代农业研究院 李博生研究员北京大学现代农业研究院李博生研究员Q：去年您在PNAS发表了番茄愈伤的空间组学文章，里边就使用百创S1000的技术，相比与百创S1000您能谈一下百创S3000的不同吗？很关键的一点就是检测的点与点之间的距离缩小了，大大提升了有效面积，从而大幅提升了中位基因数，这对于细胞表达数据的分析是非常重要的，也是空间组学分析发展必然的方向。所以S3000给出的信息会更加清晰，同时对于RNA表达量较低的样本也能有更深入的检测。Q：相较于您之前使用的百创S1000，S3000在分辨率和数据分析方面的提升对您的研究有哪些具体的帮助？我们主要研究植物干细胞的发育，这些细胞比较小，表达的基因数比较多，而且由于干细胞有比较多的分化阶段，细胞类型就会比较多。所以S3000针对多样的细胞类型的刻画会更加清晰，包括某些细胞分化的中间状态、某些已知细胞类型的亚型等。Q：您认为空间转录组学技术的未来发展趋势是什么？它在作物科学研究领域将扮演怎样的角色？目前空间转录组学技术主要是怎么用好它以及成本的问题。参照二代测序的发展历程，未来其成本肯定会越来越低。另一个方向是提供更多样化的产品，有不同大小、不同分辨率、不同技术相结合的。植物研究领域比较关注的一个是粮食安全方面的应用，另一个是气候变化方面的应用，当涉及到需要精准改良时，就会涉及细胞异质性和空间组学的研究。Q：在植物研究中，高分辨率的空间转录组数据能够揭示哪些以往难以观察到的生物学现象或机制？可以更清晰地刻画特定位置的细胞、细胞的中间状态、细胞的亚型，未来甚至可以提供亚细胞级别的信息，揭示更深层次的科学问题。中国海洋大学 王玮教授中国海洋大学王玮教授Q：您觉得百创S3000对您从事的海鞘的研究有帮助吗？S3000相对于之前的产品，在相同范围内，基因的捕获数有了大幅提高，获得的细胞异质性的信息肯定就会更多，所以对研究必然有大幅的推动。Q：海洋生物资源众多，请问海鞘这类海洋模式动物在基础科研中有哪些优势？其机遇和挑战有哪些？近年来随着测序技术的发展，很多非经典模式越来越受到重视，海鞘是脊索动物进化关键节点的生物，由于进化地位的特殊性，所以在关键器官的进化和演化方面有着重大的基础科研的意义。通过单细胞技术以及空间转录组技术，可以阐明诸如心脏演化、心脏起源这类基础问题。在海鞘中发现的一些调控网络也可以衍生和映射到更高等的哺乳动物中，解决发育过程中一些共性的问题。海鞘本身的研究历史也已经有100多年，相应的分子和细胞研究手段也已经有很大的积累，基因组的组装质量也很高。Q：请问您如何看待时空组学技术的发展？本次发布会百创S3000空间芯片在空间组学技术领域带来哪些变化？结合现在S3000芯片的特点，未来可能有四个方向：更高的分辨率，单位分辨率下捕获的基因数更多、更全；更大的适应性，可以处理更多不同来源、不同保存方式的样本；捕获的信息更多样，比如类似ATAC-seq提供染色质可及性的信息、表观遗传学的信息、蛋白组学的信息；更高的维度，在二维空间信息的基础上拓展三维的信息，以及增加时间的维度。Q：在您的未来研究中有计划结合S3000空间组学技术吗？肯定是有的，我们与百迈客生物一直是一个互相促进的合作关系，时空转录组技术是我们课题组一个重要的工具，用于组织器官再生和功能方面的研究，而且现在也已经有正在开展的合作。责编|探索君排版|探索君End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述