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創(chuàng)業(yè)伙伴||全球首發(fā) M20 Spatial - 基于隨機引物的全樣本空間全轉(zhuǎn)錄組技術(shù)

發(fā)布時間:2023年11月29日 信息來源:

來源: M20 Genomics

2022年8月,M20推出了首個基于隨機引物的全長轉(zhuǎn)錄組單細胞測序技術(shù)M20 Seq和新一代單細胞測序平臺VITA系列,將單細胞測序研究推進到多物種、全樣本、全轉(zhuǎn)錄組和全長序列的2.0時代。

然而,對生命機制的研究,在于理解一個個生物學過程在時空維度上的發(fā)生與調(diào)控。在時空的維度上使用新的技術(shù)對細胞及分子機制進行更加精準的解析,M20從來沒有停止過探索與創(chuàng)新的步伐。

10月19日,M20正式發(fā)布全球首個基于隨機引物的全樣本空間全轉(zhuǎn)錄組技術(shù)——“M20 Spatial”。利用公司在隨機引物上的技術(shù)優(yōu)勢,M20 Spatial將再次引領(lǐng)空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)走進多物種、全樣本、全轉(zhuǎn)錄組和全長序列的新時代。

與傳統(tǒng)空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)相比,M20 Spatial在應(yīng)用物種、樣本保存類型、捕獲RNA種類及全長序列無偏覆蓋等方面實現(xiàn)了創(chuàng)新突破,將有助于提高空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)在科研及臨床多領(lǐng)域中的應(yīng)用價值,并且更大拓寬空間轉(zhuǎn)錄組研究帶來的信息與視野,從而進一步助力生物醫(yī)藥領(lǐng)域獲取更多前沿突破。

01空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

空間轉(zhuǎn)錄組學技術(shù)是生命科學和醫(yī)學領(lǐng)域振奮人心的技術(shù)突破之一,被 Nature Methods評為 2020 年 “年度技術(shù)”。自此,空間轉(zhuǎn)錄組在科學研究中的應(yīng)用快速擴大,論文發(fā)表逐年遞增,呈井噴之勢(圖1),其相關(guān)應(yīng)用方向和產(chǎn)業(yè)落地進展也不斷加速,種種進步對于理解細胞生物學、發(fā)育生物學、神經(jīng)生物學、腫瘤生物學等關(guān)鍵方面都顯得至關(guān)重要。

和常規(guī)單細胞轉(zhuǎn)錄組相比,空間轉(zhuǎn)錄組能夠?qū)⒓毎愋图盎虮磉_與空間位置對應(yīng)起來,深入理解不同細胞亞型/狀態(tài)的空間分布,精準分析細胞互作及其分子機制,為生物醫(yī)藥研究提供了具備獨特優(yōu)勢的利器。

目前,空間轉(zhuǎn)錄組的技術(shù)路線目前已多達十多種,其中不少已經(jīng)商業(yè)化,并廣泛應(yīng)用于組織細胞功能、器官發(fā)育追蹤、腫瘤微環(huán)境分析、病理及疾病機制挖掘等方向,在神經(jīng)科學、發(fā)育生物學、腫瘤研究和免疫學中展現(xiàn)出了巨大的潛力。

然而,挑戰(zhàn)依然存在——當前大部分空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)僅能用于新鮮與凍存樣本,對于臨床常見的FFPE樣本來說,能使用的空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)依舊寥寥無幾。即使是目前已經(jīng)商業(yè)化的FFPE空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù),對轉(zhuǎn)錄組的檢測均基于靶向編碼區(qū)特定序列的探針捕獲原理,因此難以捕獲靶向區(qū)域以外的信息,更無法捕獲非編碼RNA的信息。而基于完整編碼RNA序列進行的基因融合、可變剪接分析,以及非編碼RNA方面的研究,恰恰是病理、神經(jīng)、腫瘤、免疫等方面研究頗受關(guān)注的前沿方向 [2-4]。

02多物種、全樣本、全長序列的空間全轉(zhuǎn)錄組技術(shù)—— M20 Spatial 

為了突破上述瓶頸,基于M20 Genomics在隨機引物方面深厚的技術(shù)積淀,公司革命性地推出全球首個基于隨機引物的全樣本空間全轉(zhuǎn)錄組技術(shù),并將其命名為“M20 Spatial”。

與現(xiàn)有的其它空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)相比,M20 Spatial最突出的特點有:

1全樣本類型

M20 Spatial不僅可用于新鮮樣本、凍存樣本,還適用于FFPE樣本,解決了FFPE樣本空間轉(zhuǎn)錄組方法受限的難題,使研究不再受限于樣本類型、時間、地域,更適合實驗室中心化檢測模式;

2全轉(zhuǎn)錄組

M20 Spatial可對全轉(zhuǎn)錄組進行無偏好的捕獲,因此可實現(xiàn)對非編碼RNA(如lncRNA)的研究,為研究和檢測癌癥等疾病帶來全新的分析技術(shù)和工具;

3全長序列

M20 Spatial可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)錄組全長序列的捕獲,從而獲得全長轉(zhuǎn)錄組的完整信息,在空間組層面實現(xiàn)對基因融合、可變剪切等信息的深入挖掘。

03M20 Spatial技術(shù)性能實測

FFPE(formalin fixation and paraffin embedding)樣本,即福爾馬林固定石蠟包埋的組織樣本。它承載了眾多病理的關(guān)鍵信息,可長期在室溫條件下保存,是病理科當之無愧的“瑰寶”。在世界范圍內(nèi),大約有數(shù)十億份組織樣品存儲在醫(yī)院或生物樣本庫中,其中絕大多數(shù)為FFPE樣本。

但是,由于福爾馬林的固定,F(xiàn)FPE樣本組織中的核酸也容易發(fā)生不同程度的降解和分子間的交聯(lián),石蠟的高溫滲入過程也會進一步加速核酸的降解。此外,保存的時間及環(huán)境對樣品中的核酸也有巨大的影響。因此,從FFPE樣本中捕獲到高質(zhì)量的RNA,并構(gòu)建出信息完整、無偏好、可用于單細胞組學和空間組學研究的轉(zhuǎn)錄本,難度向來比新鮮和凍存樣本更大,能使用的空間轉(zhuǎn)錄組平臺也極為有限。

M20使用M20 Spatial技術(shù)對多種人及小鼠組織的FFPE樣本進行了測試,均顯示出優(yōu)異性能。在此,以心臟、腦等小鼠FFPE組織為例,和大家分享M20 Spatial在FFPE樣本中的實測數(shù)據(jù):獲取高精度的空間轉(zhuǎn)錄組信息

M20 Spatial在小鼠心臟FFPE切片中實現(xiàn)了高靈敏度的轉(zhuǎn)錄組捕獲,在3,048個位點中,測得的總基因數(shù)為31,072。每個直徑50 ?的位點中,中值基因數(shù)為3,651。

在不同物種以及組織類型的FFPE樣本測試中,M20 Spatial均可識別多種細胞亞群。

以小鼠心臟、腦、腎臟等各個器官的FFPE樣本為例,通過UMAP降維聚類,均能根據(jù)轉(zhuǎn)錄組的差異識別出多個細胞亞群(圖5-7)。

同時,這些分群在樣本切片上的空間映射圖顯示,通過M20 Spatial發(fā)現(xiàn)的細胞亞群對應(yīng)著器官中各個不同組織的細胞(圖5-7)。對于像腦這樣較為復雜、不同區(qū)域細胞類型區(qū)別較大的器官,M20 Spatial的分群數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)出不同腦區(qū)的空間組織。

這些數(shù)據(jù)顯示,M20 Spatial可以準確識別出在空間分布和轉(zhuǎn)錄組層面存在異質(zhì)性的細胞亞群,非常適合用來對組織和器官中細胞間的空間異質(zhì)性進行深入挖掘。

現(xiàn)有的空間轉(zhuǎn)錄組平臺均基于polyA探針或其它靶向探針捕獲,有較強偏好性,因此獲得的轉(zhuǎn)錄組信息存在較強的3’端偏好性或靶向區(qū)域偏好性。

M20 Spatial利用隨機引物的優(yōu)勢,革命性地突破了上述偏好性限制,在無需結(jié)合三代測序的前提下,首次實現(xiàn)了空間轉(zhuǎn)錄組對gene body序列的無偏好全長覆蓋。

M20 Spatial革命性地突破了空間轉(zhuǎn)錄組僅檢測轉(zhuǎn)錄組編碼區(qū)的局限,首次在多種樣本類型的空間轉(zhuǎn)錄組中實現(xiàn)了對全轉(zhuǎn)錄組RNA的檢測。

在非編碼RNA中,lncRNA參與癌癥發(fā)生發(fā)展、免疫、應(yīng)激、神經(jīng)活動等多種生物學過程的調(diào)控,是近年科研的前沿熱點。M20 Spatial在小鼠FFPE樣本中檢測lncRNA占到總檢出RNA的2%-10%(圖9-11),使空間轉(zhuǎn)錄組提供的信息更加深入和全面。

M20發(fā)布的創(chuàng)新性空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)M20 Spatial,不僅實現(xiàn)了不受樣本類型局限的空間轉(zhuǎn)錄組分析,更打破了以往空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)只能捕獲編碼區(qū)小部分轉(zhuǎn)錄組信息的局限,提供了前所未有的全面、深入的空間轉(zhuǎn)錄組信息,進一步拓展了空間轉(zhuǎn)錄組在神經(jīng)、病理、腫瘤、免疫等領(lǐng)域的應(yīng)用。基于M20 Spatial技術(shù),M20將于近期推出新一代空間轉(zhuǎn)錄組平臺NATA系列,敬請期待。

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