撰文 | 格格

單細胞分析技術，尤其是單細胞RNA測序（scRNA-seq），在過去十年中取得了重大突破，為理解復雜組織器官中的細胞多樣性提供了強大的工具。scRNA-seq能夠以高分辨率繪制單個細胞的表達圖譜，揭示細胞組成和狀態，包括在穩態條件和動態過程中，例如細胞分化和疾病相關擾動【1】。然而，當前的scRNA-seq方法面臨著一些挑戰，例如成本高、效率低、代表性問題和功能信息缺失 等 。

近日，來自澳大利亞阿德萊德大學醫學院生物醫學系表觀遺傳學中心 的Luciano G. Martelotto研究團隊 、西班牙巴塞羅那國家基因分析中心的Holger Heyn研究團隊以及美國圣猶達兒童研究醫院空間組學中心的Jasmine T. Plummer研究團隊合作 在Cell雜志發表 了文章STAMP: Single-cell transcriptomics analysisand multimodal profiling through imaging。該研究開發了一種STAMP技術（single-cell transcriptomics analysis and multimodal profiling），該技術利用成像平臺進行單細胞轉錄組學和蛋白質組學分析，從而實現高通量、低成本的單細胞分析。

為了解決當前單細胞基因組學的局限性，研究人員開發了一種STAMP技術。為了驗證STAMP技術進行成像基轉錄組學的適用性和特異性，研究人員首先使用CosMx SMI平臺（STAMP-C）對三種癌細胞系（LNCaP、MCF-7和SK-BR-3）進行了一系列實驗。他們制備了包含四個sub-STAMP的多樣本載玻片陣列，每個sub-STAMP包含約35,000個細胞，其中三個包含不同的癌細胞系，一個包含等量混合的癌細胞系。研究人員選擇了連續的視野進行成像。通過使用InSituType（IST）算法進行無監督聚類，研究人員識別出三個具有獨特轉錄組特征的不同細胞群，每個視野中每種細胞系的平均比例為33.33%。此外，研究人員還驗證了這些聚類結果與同一懸浮液中固定癌細胞使用Single-Cell Gene Expression Flex assay生成的scRNA-seq參考數據集中的數據一致。

為了探索STAMP技術在超低細胞密度下的可擴展性，研究人員制備了包含四種不同細胞數量的sub-STAMP的癌細胞系混合物（100、250、500和1000個細胞），并單獨分析了約20,000個癌細胞和20,000個細胞核。結果顯示，高質量細胞的平均回收率為85.33%，每個sub-STAMP中每種癌細胞系的平均比例為32.5%。研究人員還測試了MCF-7和SK-BR-3細胞懸浮液的技術重復性，結果表明，雖然回收的細胞數量略有變化，但兩個重復實驗中檢測到的轉錄本和基因數量以及細胞區域大小高度一致，基因表達水平也高度相關。

為了評估STAMP技術的多樣本混合能力，研究人員制備了包含PBMCs、干細胞、癌細胞系、癌癥相關成纖維細胞、前列腺癌FFPE組織核和混合細胞群體的27個不同樣本。這些樣本被印在兩個重復載玻片上進行每個實驗，即STAMP-C和STAMP-X，每個實驗包含21個sub-STAMP，其中21個sub-STAMP在兩種實驗中共享。結果顯示，所有重復實驗中基因和轉錄本數量以及細胞區域大小高度相關，平臺間在基因、分子計數和區域分布的上下限實驗條件也一致。

研究人員進一步擴展了STAMP技術，每次實驗印制數百萬個細胞。他們制備了一個高密度STAMP，包含約170萬個PBMCs，并應用了Xenium免疫腫瘤學面板進行成像。結果顯示，88.53%的高質量細胞被保留。為了測試STAMP技術進行高分辨率免疫表型的能力，研究人員使用更大的探針面板印制了額外的750,000個細胞。該分析生成了一個循環中31種免疫細胞狀態的詳細圖譜，為跨越時間（例如年齡）或遺傳學（例如種族背景）等維度的規模圖譜項目奠定了基礎。

最后，研究人員評估了STAMP技術進行多擾動研究的適用性，例如對經典免疫激活劑（抗CD3/CD28和LPS）的反應。研究人員使用CosMx 1000-plex 人通用細胞表征 RNA 靶標面板對PBMCs進行成像，并使用無監督聚類分析識別出不同的免疫細胞群。結果表明，抗CD3/CD28刺激導致幼稚T細胞減少，效應和耗竭T細胞增加；LPS刺激導致幼稚CD8 + T細胞減少，活化CD8 + T細胞增加，并激活經典單核細胞和漿細胞樣DC。此外，LPS激活后，細胞間通訊被激活，特別是在CXC途徑上，這表明STAMP技術可以有效地揭示免疫細胞在免疫激活劑刺激下的復雜反應。

圖一 STAMP技術實現高通量、低成本的單細胞轉錄組學分析

總之，該研究開發了一種名為STAMP的成像技術，它通過將商業成像平臺轉化為可擴展的單細胞轉錄組和蛋白質組分析工具，實現了高性價比、大規模的單細胞譜系分析。STAMP技術克服了傳統單細胞測序方法的局限性，例如成本高、通量低、樣本損失等，并能夠保留細胞結構和形態信息，實現了多模態分析，包括RNA、蛋白質和細胞形態學。這項技術為單細胞分析提供了新的可能性，并有望在生物醫學研究中發揮重要作用 。

原文連接：

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00577-X

制版人： 十一

參考文獻

1. Wen, L., Li, G., Huang, T., Geng, W., Pei, H., Yang, J., Zhu, M., Zhang, P.,Hou, R., Tian, G., et al. (2022). Single-cell technologies: From research toapplication.Innovation(Camb) 3, 100342.

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