Visium HD：以单细胞分辨率对FFPE人类乳腺癌组织进行空间探索

简介

空间转录组学技术的进步促使人们更好地了解发育和疾病过程中细胞相互作用的复杂性。为了更精确地区分和表征组织内的细胞多样性和疾病状态，人们需要空间分辨率更高的技术。Visium HD空间基因表达分析是一种新型的高分辨率空间技术，它利用全转录组探针组合，以单细胞尺度解析完整组织切片中的数据。

方法

10x Genomics的研究人员将Visium HD空间基因表达分析应用于FFPE人类乳腺导管原位癌（DCIS），这是早期乳腺癌的一种组织，具有很高的临床相关性和复杂的空间排布。在Visium HD工作流程之前，我们对贴在标准载玻片上的组织切片进行苏木精-伊红（H&E）染色和成像，以便对同一张组织切片进行形态学评估以及单细胞尺度的全转录组分析。

图1. Visium HD空间基因表达玻片。HD芯片由~1200万个2 µm x 2 µm的方形区域组成，这些区域带有空间条形码，且无间隔，数据被切分为8 µm x 8 µm，便于可视化和分析。

图2. Visium HD空间基因表达分析流程。Visium HD与标准载玻片上FFPE组织的H&E染色兼容，染色过程采用常规的组织学流程。这为研究带来了灵活性，能够在利用探针法固定RNA分析开展全转录组分析之前进行成像并选择目标区域。Visium HD分析依赖Visium CytAssist仪器进行探针捕获。随后是探针延伸、文库构建、测序和数据可视化。

主要细胞类型的空间排布

图3.A) FFPE人类乳腺DCIS组织切片的高分辨率H&E染色。B) 基于Louvain图的聚类分析及C) H&E与聚类结果的叠加确定了预期位置上的几种主要细胞类型。D) 乳腺细胞簇和肌上皮细胞簇模拟了H&E确定的这些细胞在导管区域内的不同空间定位。这些乳腺上皮细胞的周围是免疫细胞簇和成纤维细胞簇。E) UMI图模拟了H&E图像中的几个组织特征，并显示了导管细胞的转录本高密度，与预期一致。

HD解析精细的解剖结构及其细胞类型组成

图4. A) H&E与病理学注释（黄色轮廓）的叠加显示出DCIS区域。B) Visium HD的小面积切分（8 µm x 8 µm）和全组织覆盖允许人们根据标志物基因的表达对DCIS等精细解剖结构中的关键细胞类型进行分类。与预期一致，这些标志物的空间定位与H&E图像上注释为DCIS的区域相匹配。

图5. HD芯片、工作流程和耗材确保了准确的转录本定位，并利用特征尺寸改进来实现单细胞尺度的分辨率。A) 黑色箭头标出了H&E图像中的血管以及沿血管排列的平滑肌细胞标志物MYH11和PLN的正确定位。B) 人类乳腺DCIS的H&E图像以及COL1A1和DCN的Visium HD UMI热图显示，成纤维细胞定位在导管细胞周围的区域，与预期一致。

免疫细胞的空间分析

图6. H&E图像与病理学注释的叠加显示出DCIS区域（黄色轮廓）和免疫细胞富集区域（青色轮廓）。图中显示了几种免疫细胞类型的空间分布，包括浆细胞、T细胞、B细胞、自然杀伤细胞、肥大细胞、巨噬细胞和树突状细胞。根据H&E注释来推断，浆细胞、T细胞和巨噬细胞的标志物基因集中在DCIS周围富含免疫细胞的区域。插图显示了H&E图像中富含免疫细胞的区域与浆细胞标志物JCHAIN的叠加。请注意插图中紧密排列的8 µm x 8 µm方框。

结论

Visium HD融合了单细胞尺度分辨率、全组织覆盖和转录本定位精度，能够绘制出人类乳腺DCIS中主要细胞类型的空间图谱。Visium技术的出现让研究人员能够获得正常发育、疾病病理和临床转化研究方面的新见解。Visium HD将进一步提升这种能力，带来前所未有的见解，以扩展生物学应用。

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