德国Max Delbrück中心的研究人员开发了一个开源的空间转录组平台“Open-ST”，该平台可以从患者组织样本中创建具有亚细胞精度的三维分子图谱，使科学家们能够在三维空间中重建组织内细胞中的基因表达。

Open-ST由Nikolaus Rajewsky教授的系统生物学实验室的研究团队开发。Open-ST能以极高的分辨率绘制出这些图谱，可以看到在传统的二维图谱中经常看不到的分子和（亚）细胞结构。该研究团队表示，平台不仅能进行高度精细的研究，还可能利于提高常规临床病理学水平。

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据发表的研究成果显示，在小鼠大脑组织中，Open-ST能够以亚细胞分辨率重建细胞类型。在一名头颈癌患者的肿瘤组织和健康转移淋巴结中，该平台捕获了免疫细胞、基质细胞和肿瘤细胞群的多样性。研究还表明，这些细胞群是围绕原发肿瘤内的通信热点进行组织，但这种组织在转移过程中被破坏。

这些视角有助于研究人员了解癌细胞如何与周围环境相互作用，并可能开始探索它们如何逃避免疫系统。由此产生的数据还可用于预测个体患者的潜在药物靶点。Open-ST并不局限于癌症，可用于研究任何类型的组织和生物体。

Max Delbrück中心柏林医学系统生物学研究所（MDC-BIMSB）Rajewsky教授课题组的高级科学家Nikos Karaiskos博士说：“我们认为这类技术将有助于研究人员发现药物靶点和新疗法。”Nikos Karaiskos博士是该团队在《Cell》上发表的论文“Open-ST: High-resolution spatial transcriptomics in 3D”的通讯作者，他这样描述该平台：“一个端到端的实验和计算机工作流程，可以低成本实现二维或三维亚细胞空间转录组学。”

转录组学是研究细胞或细胞群体中基因表达的学科，但通常不包括空间信息。相比之下，空间转录组学（ST）测量的是给定组织样本中空间的RNA表达。作者写道：“与标准的单细胞方法不同，ST保留了捕获的转录组的空间背景，因此可以直接观察组织空间中的细胞排列及其相互作用。”然而，他们指出，市售的ST可能因其相对较高的成本或有限的分辨率而受到限制。

Open-ST提供了一种经济高效、高分辨率且易于使用的方法，可捕获组织切片的组织形态和空间转录组学。串行的二维映射可以对齐，将组织重建为三维“虚拟组织块”。同时MDC-BIMSB主任Nikolaus Rajewsky教授补充说：“了解病变组织中细胞之间的空间关系对于破译驱动疾病进展的复杂相互作用至关重要。Open-ST数据可以系统地筛选细胞间相互作用，从而发现健康和疾病的机制以及重新编码组织的潜在方法。”

来自癌症组织的Open-ST图像还突出了三维肿瘤/淋巴结边界的潜在生物标志物，这些标志物可能成为新的药物靶点。共一作者Daniel León-Periñán博士说：“这些结构在二维分析中无法看到，只有在如此无偏倚的三维组织重建中才能看到。”作者们进一步评论说：“在原发性头颈部肿瘤和患者匹配的健康/转移性淋巴结中，Open-ST捕获到了免疫、基质和肿瘤细胞群的多样性，并通过基于成像的ST进行验证...值得注意的是，转移性淋巴结的三维重建和多模态分析揭示了在二维中不可见的空间连续结构，以及三维肿瘤/淋巴结边界的潜在生物标志物。”突出的三维肿瘤/淋巴结边界的潜在生物标志物可能成为新的药物靶点。

Nikolaus Rajewsky教授表示：“我们已经达到了完全不同的精确度。我们可以虚拟导航到三维重建中的任何位置，以识别单个细胞中的分子机制，或者识别健康细胞和癌细胞之间的边界等，这对于理解如何靶向疾病至关重要。作者总结道：“总之，Open-ST为全面分析二维和三维基因表达提供了一个多功能且强大的框架，包括揭示传统二维表征中模糊的分子和/或空间结构。”他们还指出了局限性，并概述了未来的发展。

总之，Open-ST的目的是为研究人员降低成本，且该平台是模块化的，可以适应特定需求，扩大研究范围，包括大样本量，如研究患者队列。该研究团队已开源了整个实验和计算工作流程（https://rajewskylab.github.io/openst）。

来源：GEN (genengnews.com)

参考文献

Schott M, León-Periñán D, Splendiani E, et al. Open-ST: High-resolution spatial transcriptomics in 3D. Cell. Published online June 21, 2024.

素材来源官方媒体/网络新闻