CosMx SMI空間原位技術(shù)助力無需組織解離實現(xiàn)單細(xì)胞的多靶標(biāo)檢測

單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）技術(shù)在解析細(xì)胞異質(zhì)性方面取得了顯著進展，但其依賴組織解離制備單細(xì)胞懸液的技術(shù)流程，引入了無法忽視的偏差。這一步驟可能導(dǎo)致對解離過程敏感或脆弱的細(xì)胞類型丟失，從而影響對組織真實細(xì)胞組成的解讀。此外，對于體積龐大的神經(jīng)元，常規(guī)單細(xì)胞測序往往只能通過提取細(xì)胞核（snRNA-seq）進行分析，無法獲取細(xì)胞質(zhì)中的轉(zhuǎn)錄本信息，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)不完整。

CosMx SMI（空間原位分子成像）基于原位成像的原理，無需組織解離，直接在完整組織切片上實現(xiàn)單細(xì)胞及亞細(xì)胞水平的多靶標(biāo)檢測。該方法不僅避免了因解離造成的細(xì)胞選擇性丟失問題，還能同時分析細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)錄本，為神經(jīng)組織等復(fù)雜樣本的研究提供了更為可靠的技術(shù)方案。

CosMx SMI突破三大技術(shù)瓶頸

1、原位捕獲避免組織解離導(dǎo)致細(xì)胞組成失真

組織解離通常依賴于機械破碎和酶學(xué)消化，這個過程對于不同類型的細(xì)胞沖擊并不均等。某些細(xì)胞類型由于固有的生物學(xué)特性，在解離過程中更容易被損傷或丟失，比如結(jié)構(gòu)脆弱細(xì)胞、對壓力敏感細(xì)胞和稀有細(xì)胞類型等。此外，解離過程可能會誘導(dǎo)應(yīng)激反應(yīng)基因的表達上調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組狀態(tài)發(fā)生改變。

CosMx SMI技術(shù)直接在組織切片（如FFPE）上進行原位分析，無需組織解離。無論細(xì)胞形態(tài)多么脆弱或是與周圍細(xì)胞連接多么緊密，只要在切片上就能被成像和分析，還原組織中細(xì)胞的真實組成情況。此外，包埋組織時的固定操作將細(xì)胞基因表達模式定格，使轉(zhuǎn)錄組信息更接近真實的生理狀態(tài)。

2、細(xì)胞分割算法精準(zhǔn)確認(rèn)細(xì)胞邊界，可獲得大形態(tài)細(xì)胞的完整轉(zhuǎn)錄組信息

對于體積龐大或形態(tài)扁長不規(guī)則的細(xì)胞（心肌細(xì)胞、神經(jīng)元等），傳統(tǒng)單細(xì)胞測序通常只能捕獲其細(xì)胞核（單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測序，snRNA-seq）。這會丟失大量位于細(xì)胞質(zhì)中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄本信息，使得研究人員無法獲得完整的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，從而難以全面評估細(xì)胞的真實狀態(tài)和功能。

CosMx SMI技術(shù)憑借其超高分辨率成像和先進的細(xì)胞分割算法，通過整合細(xì)胞核、細(xì)胞體及細(xì)胞特異性標(biāo)記物（如GFAP）的成像信息，結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，能夠精確勾勒出包括神經(jīng)元胞體及其復(fù)雜突起在內(nèi)的完整細(xì)胞形態(tài)，可以同時分析細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中的RNA，而非僅限于細(xì)胞核的轉(zhuǎn)錄本。

3、新的WTx解決方案，能獲得空間全轉(zhuǎn)錄組信息

CosMx SMI WTx解決方案，利用37872個成像條形碼，能夠?qū)θ祟惾�轉(zhuǎn)錄組（約19000個蛋白編碼基因）進行亞細(xì)胞水平的成像，在空間層面完整呈現(xiàn)通路生物學(xué)圖譜，并在單轉(zhuǎn)錄本水平解析每一個細(xì)胞間相互作用。研究人員現(xiàn)在能夠在完整組織環(huán)境中更全面地理解細(xì)胞行為，為生物學(xué)發(fā)現(xiàn)和治療干預(yù)開辟新途徑。

CosMx SMI技術(shù)應(yīng)用案例分享

1、CosMx SMI和10X genomics scRNA-seq在結(jié)直腸癌樣品中的結(jié)果比較

HE染色結(jié)果可發(fā)現(xiàn)肌肉細(xì)胞和上皮細(xì)胞在樣品中占有較大比例。但是在scRNA-seq數(shù)據(jù)里，肌肉細(xì)胞和上皮細(xì)胞的占比很低。這可能是因為它們形狀不規(guī)則，且細(xì)胞排列緊密，因此在細(xì)胞解離和細(xì)胞捕獲過程中丟失。CosMx SMI則完整還原了結(jié)直腸癌真實的細(xì)胞組成情況。

2、CosMx SMI能夠從正常胰腺組織中發(fā)現(xiàn)稀有細(xì)胞類型

健康胰腺中，內(nèi)分泌ε細(xì)胞（分泌激素胃饑餓素）占比不足0.05%，這需要高細(xì)胞通量檢測技術(shù)才能有效捕獲它們。在CosMx SMI結(jié)果中，約40萬個細(xì)胞中檢測到了約130個內(nèi)分泌ε細(xì)胞，而在scRNA-seq數(shù)據(jù)中則未檢測到任何內(nèi)分泌ε細(xì)胞。

3、CosMx SMI揭示小鼠桑德霍夫病模型中，小膠質(zhì)細(xì)胞如何參與維持神經(jīng)元穩(wěn)態(tài)

本研究利用CosMx SMI技術(shù)對小鼠桑德霍夫病（SD）模型進行檢測，以探究小膠質(zhì)細(xì)胞如何參與維持神經(jīng)元穩(wěn)態(tài)。本研究證實：β-己糖胺酶（Hexb）可由小膠質(zhì)細(xì)胞分泌，并整合到神經(jīng)元的溶酶體區(qū)室中。采用骨髓移植聯(lián)合集落刺激因子1受體抑制的方法治療Hexb基因敲除（Hexb-/-）的SD小鼠模型，該方法能有效將Hexb缺陷的小膠質(zhì)細(xì)胞廣泛替換為Hexb功能正常的細(xì)胞，使神經(jīng)元溶酶體表型恢復(fù)正常。這些結(jié)果凸顯了髓系來源的β-己糖胺酶對維持神經(jīng)元健康的關(guān)鍵作用，同時也確立了小膠質(zhì)細(xì)胞替換作為潛在治療策略的地位。

在本研究的CosMx SMI分析中，小鼠齒狀回區(qū)域的細(xì)胞分割結(jié)果如圖所示（綠色：組蛋白；紫色：GFAP；灰白色：DAPI）。圖中可清晰觀察到，在星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物GFAP陽性信號區(qū)域內(nèi)，細(xì)胞分割算法準(zhǔn)確勾勒出星形膠質(zhì)細(xì)胞的不規(guī)則形態(tài)結(jié)構(gòu)。這一結(jié)果表明，該技術(shù)成功捕獲了完整細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組信息，而不僅限于細(xì)胞核區(qū)域的基因表達。

文章總結(jié) 

CosMx SMI技術(shù)憑借其原位檢測原理，相比傳統(tǒng)單細(xì)胞測序具有顯著優(yōu)勢。它無需組織解離，避免了由此造成的細(xì)胞丟失和轉(zhuǎn)錄組失真；其高分辨率成像與細(xì)胞分割算法能精準(zhǔn)界定細(xì)胞邊界，同時分析細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)錄本，突破了snRNA-seq僅限細(xì)胞核的局限；全轉(zhuǎn)錄組空間成像進一步在組織原位揭示細(xì)胞互作與功能，提供了更全面可靠的研究方案。

參考文獻：

[1] AACR 2025, ABSTRACT 6369, POSTER 2078
[2] Tsourmas KI, Butler CA, Kwang NE, et al. Microglial replacement in a Sandhoff disease mouse model reveals myeloid-derived β-hexosaminidase is necessary for neuronal health. Nat Commun. 2025;16(1):7994. Published 2025 Aug 27. doi:10.1038/s41467-025-63237-0