CLIM-TIME 平台的方法学原理
1 文库构建与工程细胞生产 (Library & Cell Engineering):
基因筛选:首先根据临床数据挑选出一系列在高发肿瘤中频繁突变的肿瘤抑制基因(TSGs)。
sgRNA 设计与克隆:针对这些 TSGs 设计 sgRNA,并将其构建到带有特殊荧光标签(如 mRFP, ECFP, EYFP)的慢病毒载体中。
KP-Library 建立:将这些慢病毒库感染带有 Kras 突变和 p53 缺失(KP 模型)的肺癌细胞,形成一个每个细胞都携带特定 TSG 敲除标记的“细胞池”。
2 体内克隆演化与转移模型 (In vivo Clonal Metastasis):
静脉注射 (i.v. injection):将上述细胞库注射进小鼠体内。这些细胞随血液循环到达肺部,并随机定植。
单克隆生长:由于稀释作用,每个形成的肺部转移灶(Metastasis)都起源于单个初始细胞。因此,每一个物理上独立的肿瘤块就是一个单克隆,代表了某一个特定 TSG 的缺失效果。
3 多维空间分析 (Multidimensional Analysis):
多重免疫荧光 (mIF):对肺部切片进行染色,同时观察肿瘤克隆标签(颜色)和各种免疫细胞(如 T 细胞、髓系细胞)的分布。
4 激光捕获微切割 (LCM):利用激光精准切下数千个单克隆。
SMART-seq 与解卷积:对切下的组织进行测序。一方面读出 sgRNA 序列确定它是哪个基因被敲除了;另一方面分析其基因表达谱,利用解卷积(Deconvolution)算法推算该微环境中的细胞构成。
最终目标:对所有基因在“免疫逃逸”和“免疫治疗响应”中的表现进行排名;
重点:1 sgRNA慢病毒转染细胞是一群细胞,分别转然后,将所有细胞合并后尾静脉注射,所以一种sgRNA注射到尾静脉中的细胞应该有很多个,保持总量一定,细胞类型按照比例进行推算数量。这样有效避免细胞致死性。2 第二个难点就是纤维切割,怎么样把那小的病灶切下来,并切片进行染色是有难度的。
CLIM-TIME 的核心依赖于循环肿瘤细胞(CTC)的“首过效应”——从尾静脉进入的细胞会首先遭遇肺部的毛细血管床并被物理拦截。因此,尾静脉模型是“天然的肺转移模型”,但对肝脏和结直肠(CRC)确实鞭长莫及。
1. 肝脏研究的“金标准”:脾内注射(Splenic Injection)
如果你想模拟肝转移或肝内多克隆演化,脾内注射是 CLIM-TIME 在肝脏上的完美平替。
操作原理:将携带 CRISPR 文库的单细胞悬液注射进小鼠脾脏。脾脏的血液通过门静脉(Portal Vein)直接汇入肝脏。
为何可行:肝脏是门静脉系统的下游“第一站”。细胞会像散弹一样随机定植在肝小叶中,形成物理隔离的单克隆结节。
优势:
完美复刻 CLIM-TIME 的通量。
可以利用 LCM(激光捕获微切割)切下不同的肝内结节。
肝脏的免疫微环境(如 Kupffer 细胞)极具特征,非常适合研究基因缺失对髓系抑制的影响。
2. 肝脏原位筛选的黑科技:高压流体动力学注射(HTVI)
如果你研究的是原发性肝癌而非转移癌,HTVI 是目前最硬核的方法。
操作原理:在极短时间内(5-7 秒)将含有转座子(如 Sleeping Beauty)和 CRISPR 文库的大容量质粒溶液(体积约为小鼠体重的 10%)通过尾静脉注入。
物理机制:瞬间的高压会导致血液逆流回肝静脉,使肝细胞膜产生瞬时微孔,质粒直接进入肝细胞并在原位进行基因编辑。
特点:
原位编辑:你编辑的是小鼠自身的正常肝细胞,观察它们如何变成肿瘤并重塑微环境。
真实性高:它不需要体外培养细胞,避免了你之前担心的“体外筛选压力”。
3. 结直肠研究的突破:类器官移植(Organoid Orthotopic Tech)
结直肠的解剖结构复杂(管腔组织),简单的血液注射很难形成规律的克隆。目前的趋势是利用类器官(Organoids)。
方案:
在体外对结直肠类器官进行 CRISPR 文库感染。
利用内窥镜引导或盲肠粘膜下注射,将类器官种子植入肠壁。
挑战与对策:肠道的通量比肺低。为了增加通量,科学家现在开发了 “粘膜下多点接种” 技术,或者利用 AOM/DSS 化学诱导配合病毒局部灌注。
4. 跨器官的通用方案:单细胞空间转录组(Skip LCM)
如果你觉得物理切割(LCM)太慢,或者在肠道这种薄层组织中不好操作,你可以直接使用空间转录组(Spatial Transcriptomics, ST)。
新思路:
不再用激光去切。直接把整个肝脏或一段肠道做成冷冻切片。
使用类似 10x Visium 或 Slide-seq 的技术。
核心技巧:在 CRISPR 载体中加入 Spatial Barcode。通过生信分析,你可以直接在电脑上看到:在这个像素点上,哪个基因被敲除了,周围有哪些免疫细胞。