10x用戶專訪：Sanger研究所如何建立基因組學平臺

從20世紀90年代初的人類基因組計劃，到近期的人類細胞圖譜計劃等項目，Wellcome Sanger研究所始終在開創(chuàng)性研究中發(fā)揮重要作用，致力于了解遺傳學如何影響健康和疾病。如今，他們正將一種強大的新方法納入研究工具箱，這就是空間轉錄組學。

Katy Tudor博士是Wellcome Sanger研究所的一名技術專家，也是空間基因組學平臺（SGP）的核心成員之一，她與研究所內(nèi)的各個團隊緊密合作，在協(xié)調(diào)這些計劃中發(fā)揮核心作用。SGP團隊與同事們攜手，致力于通過采用前沿的空間轉錄組學技術來提升通量。他們在10x Genomics巴黎核心用戶峰會上展示了近期的研究進展，而Tudor博士受邀介紹團隊的研究成果。會后她欣然接受采訪，分享了團隊的當前研究和未來方向。

歡迎閱讀本文，了解Tudor博士及其團隊如何在核心實驗室中使用這些工具，如何借助這些技術擴大規(guī)模，以及他們采用了哪些新方法來提升空間技術的通量并減低成本。

作為核心實驗室，我們實驗室主要支持各類研究型項目（不涉及到診斷）。其中許多項目源于大規(guī)模計劃，比如旨在構建人類所有細胞類型的完整生物圖譜的人類細胞圖譜計劃。我們逐漸成為Wellcome Sanger研究所的空間基因組學專家，與所內(nèi)的各個團隊緊密合作。這一轉型得益于細胞基因組學教研計劃的大力支持與協(xié)作，該計劃發(fā)揮重要作用，幫助我們成為Sanger研究所內(nèi)專門的空間基因組學平臺。我們攜手推動前沿的空間轉錄組學技術在各類生物學問題和項目中的應用。

我們最近的一個項目是與Josie Bryant博士的團隊合作，在Visium和Xenium平臺上利用細菌內(nèi)標（spike-in）研究囊性纖維化患者。研究效果很好，這得益于利用Visium CytAssist分析定制化內(nèi)標以及在Xenium平臺上進行Visium后的運行。這兩個工作流程完美配合，數(shù)據(jù)質(zhì)量令人滿意。

我們參與的另一個重大項目是與Wellcome Sanger研究所的Muzz Haniffa教授團隊合作。他們正在開展英國最大規(guī)模的研究，對重度濕疹患者接受生物制劑和口服療法后皮膚的治療應答進行監(jiān)測。他們測試了Xenium v1和Xenium Prime 5K兩種分析，使用或未使用多模態(tài)細胞分割，以確定哪種基因組合最符合他們的需求。我們還參與了Omer Bayraktar博士的膠質(zhì)母細胞瘤研究工作，這項工作整合了多個大腦區(qū)域長達三到四年的單細胞、空間、轉錄組、表觀遺傳和基因組分析數(shù)據(jù)。

我們對胸腺的空間研究涵蓋不同發(fā)育階段，我們最近還參與了一些胰腺、肝臟和腎臟的研究工作。這些項目同樣使用了10x的空間技術，并借助AI模型對疾病進行預測。

許多早期工作主要是探索性的，看看這些技術能做什么，而我們近期的項目則關注疾病的各個方面。目前，我們很多項目都在嘗試擴大規(guī)模。不再是1到2個樣本，而是10、20甚至30個樣本，這無疑增加了對我們團隊的需求！

空間技術融合了我在攻讀博士學位期間關注的多項技術，如分子組織學和免疫熒光。通常來說，你會從事組織學、分子生物學或生物信息學的研究，因為它們是完全不同的細分領域。這正是我鐘情于空間技術的原因——它實現(xiàn)了多個不同技能的融合。

我曾認為組織學正日漸式微，但空間技術的出現(xiàn)，特別是Xenium平臺提供的多重分析和多組學功能，正將其推向科學前沿。

至于我們的團隊，我們一開始參與了人類細胞圖譜計劃，側重于單細胞研究，后來為滿足研究所的科研需求轉向了空間轉錄組學。包括我在內(nèi)的多名成員擁有豐富的組織學經(jīng)驗。因此，我們整合了這些優(yōu)勢，成為Wellcome Sanger研究所的空間專家。

10x為Wellcome Sanger研究所及其他用戶提供的支持，尤其是分析軟件，確實讓事情變得更簡單。我認識一些自行開發(fā)分析流程的研究者，但10x的生物信息學家始終樂于提供幫助。10x在支持層面上一直很給力。我們研究所內(nèi)也有許多生物信息學專家，他們與10x Genomics合作，分析核心實驗室團隊生成的空間數(shù)據(jù)。

最大的挑戰(zhàn)在于分析大規(guī)模數(shù)據(jù)集。想象一下，處理30名不同供者的組織塊、載玻片、分析管和測序數(shù)據(jù)，并嘗試整合、追蹤和關聯(lián)所有信息，有時確實令人頭疼。無論是存儲還是分析，數(shù)據(jù)規(guī)模始終是一項挑戰(zhàn)。

您最近在核心用戶峰會上做報告，介紹實驗室如何提高通量并降低成本。您能具體介紹一下這是如何實現(xiàn)的嗎？

我們利用了Visium操作方案中的安全停止點，因此能自信地分批處理和分組操作。對于大規(guī)模需求，我們可以批量進行載玻片染色和成像，之后利用安全停止點，將剩下的工作留到下周。這使得下周第一天的工作量大幅減少，從而騰出人員來完成組織學或分析等工作。

通常來說，我們用三天時間在Visium CytAssist上運行存儲的載玻片：兩個半天和一整天。第一天和第三天，一名同事負責批量處理，而第二天是開展CytAssist運行，將分析物從載玻片轉移至分析管，并運行儀器。兩名同事負責運行工作。這樣就能騰出人員來干其他工作，以保持高通量。

對于Xenium系統(tǒng)，通過并行處理多塊載玻片以及同時運行多臺儀器，我們顯著提升了創(chuàng)建大規(guī)模數(shù)據(jù)集的能力。

多臺儀器雖能加速流程，但我們的團隊成員也發(fā)揮了關鍵作用，因為他們接受過Visium CytAssist、Xenium分析和組織學技術的交叉培訓。我們團隊能夠根據(jù)當前需求靈活切換技術方案，極大地縮短了研究所內(nèi)科研成果的周轉時間和落地時間。

在Visium玻片上，我們做的最多的是在捕獲區(qū)域上放置兩到三張切片。在Xenium玻片上，我個人曾試過將12種不同組織塊的切片放在同一張玻片上。這并不是單個組織塊的腫瘤芯片（TMA），它有點像玩俄羅斯方塊，但在未來某個階段我們會整合TMA。

Xenium捕獲區(qū)域上的十張切片示例。圖片由Wellcome Sanger研究所的Tudor博士提供。

在10x Genomics出現(xiàn)之前，我們團隊就已涉足空間轉錄組學研究，當時所有試劑都需要自行制備。10x簡化并優(yōu)化了工作流程，讓高質(zhì)量數(shù)據(jù)的生成更具重復性和一致性。

我加入Wellcome Sanger研究所時，研究所內(nèi)正在開展大量的單細胞研究（至今仍是），而空間轉錄組學則作為補充。但我們發(fā)現(xiàn)，空間轉錄組學本身也是一種發(fā)現(xiàn)工具，因為通過Visium分析鑒定出的部分基因最初在單細胞數(shù)據(jù)中并未發(fā)現(xiàn)。他們在分析Visium空間數(shù)據(jù)后，又回到單細胞層面，最終找到了他們尋找的微環(huán)境細胞。人們總認為空間分析是單細胞數(shù)據(jù)的補充，但它正迅速成為獨立的分析體系。

此前，我們核心實驗室的團隊利用4-plex RNAscope分析來驗證單細胞數(shù)據(jù)，但隨著多重分析的數(shù)量增加，數(shù)據(jù)質(zhì)量和一致性已無法支撐科學問題。因此當Xenium技術問世，讓我們從四個目標基因擴展到數(shù)百個甚至數(shù)千個基因時，我們的工作確實大大受益。

10x Genomics為我們的團隊提供了強有力的支持。我們長期以來建立了協(xié)作型關系；從技術支持、工程師、現(xiàn)場應用科學家到總部的研發(fā)團隊，都給予我們幫助。我認為這樣的支持網(wǎng)絡確實大有裨益。

我們經(jīng)常被問及的一個話題是三維全標本（whole-mount）染色技術。目前多項類器官研究正在火熱進行中，因此能夠分析厚度超過10微米的組織（或直接捕獲類器官本身）的技術將極具吸引力。

見證Tudor博士的大規(guī)�？臻g生物學藍圖

單細胞空間轉錄組學技術正推動著十年前難以想象的新見解，但要讓這些見解觸手可及，還需要強大、高通量且經(jīng)濟高效的工具。

在本次訪談中，Tudor博士重點介紹了她及核心實驗室的團隊利用10x Genomics的工具實現(xiàn)這些目標的藍圖，以及研究人員如何充分利用Xenium和Visium平臺。為了清晰起見，并考慮到篇幅限制，訪談內(nèi)容有所刪減。謹此感謝Tudor博士的貢獻！

Wellcome Sanger研究所空間基因組學平臺的技術專家Katy Tudor博士

北京怡美通德科技發(fā)展有限公司是10x Genomics的官方授權代理商，代理美國10x Genomics公司生產(chǎn)的Chromium單細胞測序建庫系列產(chǎn)品、Visium空間轉錄組系列產(chǎn)品以及Xenium組織空間原位分析系統(tǒng)，提供儀器配套的試劑耗材供貨、產(chǎn)品演示實驗、產(chǎn)品安裝、使用培訓以及售前售后技術咨詢、生物信息學分析等相關技術服務。