▎药明康德内容团队编辑
顶尖学术期刊《科学》的最新一期上，一支国际研究团队展示了名为sci-Space的一项新技术，能够在新的尺度上研究哺乳动物的胚胎发育过程，绘制出不同细胞的基因表达时空变化。
研究人员已经在小鼠胚胎中对sci-Space技术进行了概念证明。应用这项新技术，同时结合已有的其他技术，研究人员针对发育中的小鼠胚胎，绘制出包括近12万个细胞核的基因表达图谱和位置。
▲根据艺术家的描绘，应用sci-Space捕获单个细胞的特征和空间位置，我们可以了解胚胎中的细胞是如何聚集在一起最终形成器官的（图片来源：参考资料[2]；Credit：Nigel Sussman）
哺乳动物在出生前的胚胎阶段，发生的变化令人惊叹：一颗受精卵不断分裂，在几周或几个月内变成了一个复杂的生物体。
其中每一个体细胞，含有相同的DNA密码，然而处于不同位置的细胞、在不同的时间，通过打开或关闭不同的基因，具有了不同的命运。这些细胞形成不同的类型，聚集在一起构成了不同的组织、器官和解剖结构，执行无数生理过程。
细胞在空间上的组织方式——在合适的时间出现在合适的位置，对于正常发育至关重要。而获得关于基因表达的空间模式信息，有助于理解不同类型的细胞在哪里形成，相邻的细胞群体如何互相影响彼此的未来。
为了能够在整个胚胎范围内以单细胞的精度分析不同类型细胞的基因表达，由华盛顿大学医学院（UW Medicine）、霍华德·休斯医学研究所（HHMI）、BrotmanBaty精准医学研究所等机构的科学家们合作，开发了空间转录组学的新方法：sci-Space。
图片来源：123RF
这种方法基于他们先前的工作。这支研究团队此前开发了一种实验方法sci-Plex，用寡聚核苷酸给组织切片上的细胞核打上标签，追踪细胞的出现位置和移动轨迹。在此基础上，进行单细胞RNA测序，对单细胞RNA测序结果的空间信息进行索引。
sci-Space技术具有的一大优势是，获得的转录图谱可以在保留单细胞分辨率的同时，在胚胎尺度上解决空间异质性，看出时间变化、细胞谱系、细胞迁移和在胚胎中的位置，并有助于阐明基因表达的空间调节。
在这项研究中，科学家们将sci-Space应用于发育14天的小鼠胚胎，捕获了大约12000个细胞核的近似空间坐标和整个转录组。通过分析图谱，研究人员鉴定出数千个基因，呈现出与解剖结构有关的表达模式。他们还利用空间信息对各种类型的细胞加上亚型注释。从图谱中还可以看到，在基因表达的空间模式程度上，不同类型的细胞有很大差异。此外，研究小组还检测了各种类型的脑细胞如何随时间分化和迁移。
谈到这项新技术在今后的应用，研究人员表示，希望进一步促进哺乳动物发育单细胞图谱的构建。更好地在单细胞水平上理解胚胎发育期间的基因表达时空模式，有助于研究各种疾病的发生，包括遗传性疾病，以及先天畸形和发育迟缓；此外，更好地理解器官的起源，还有助于未来的再生医学发展。
参考资料
[1] Sanjay R. Srivatsan et al., (2021) Embryo-scale,single-cell spatial transcriptomics. Science Doi: 10.1126/science.abb9536
[2] Spatially resolved cellular model builtof developing mouse. Retrieved July 2, 2021 from https://newsroom.uw.edu/news/spatially-resolved-cellular-model-built-developing-mouse
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