香港中文大学黎曦明团队打造INSIHGT，开启多模态3D生物学新时代！

【导读】生物系统是复杂的，包括相互交织的空间、分子和功能特征。然而，由于方法上的限制，可以提取的信息并不完整。在这项研究中，团队报告了INSIHGT的发展情况，这是一种非破坏性、可访问的三维空间生物学方法，实现了大分子探针的均匀、深度渗透，可达厘米尺度，为整个组织体积提供可靠的半定量信号。

2024年12月24日，香港中文大学医学院黎曦明教授团队在期刊《Nature Communications》上发表了题为“INSIHGT: an accessible multi-scale, multi-modal 3D spatial biology platform”的研究论文。通过INSIHGT，团队绘制出了小鼠肾小球中未描述的荚膜到顶叶上皮细胞微丝和人类小脑中神经丝密集包涵体的图谱，并确定了小鼠下丘脑中通过空间形态蛋白组学定义的NPY近端细胞类型。团队期待INSIHGT能为三维空间多组学技术开发和整体系统生物学研究奠定基础。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-55248-0

关于INSIHGT

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近年来，人们为深度免疫组化提出了多种创造性的解决方案。然而，目前仍缺乏一种可在提取数据的真实性和数据量之间取得平衡的技术。例如，大多数方法在穿透深度上的信号均匀性并不理想，探针会优先沉积在组织表面附近，从而使下游的定量蛋白质表达测定变得复杂。只有通过复杂的操作或设备，或大量的组织渗透，或以周为单位的培养时间，才能实现均匀穿透。这些缺点阻碍了三维组织分析在研究中的广泛应用，并使其无法满足临床应用的需要。

在这项研究中，团队报告了三维组织学原位宿主-宿主化学（INSIHGT）的发展情况。INSIHGT是一种用户友好型三维组织化学方法，具有以下特点：（1）探针均匀穿透深度可达厘米；（2）可产生定量、高度特异的免疫染色信号；（3）快速、经济的工作流程，可适应不同的组织尺寸和形状； (5) 使用现成的抗体或探针，可直接用于仅用多聚甲醛固定的未标记小鼠和人体组织。如果需要进行组织清除，INSIHGT与基于溶剂的清除方法配合使用，效果最佳。

人类小脑特有的稀疏分布的神经丝内含物

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这些包涵体中的大多数在形态上是均质的，其变化主要由路径长度来解释，只有一小部分具有更高的NF-H强丝分支特征。然而，对这些内含物的进一步了解，还有待在正常和除DLB以外的各种疾病状态中进行更广泛的研究。团队在正常人的小脑组织中也观察到了这些包涵体。随着技术的进步，使用超分辨率显微镜、电子显微镜和空间分辨蛋白质组学的相关多管齐下的方法，有望阐明这些内含物的病理生物学。

INSIHGT可对人体临床样本进行无损表征和分析。

INSIHG弥补了当前临床实践中三维组织学与传统二维病理学之间的差距

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在经过INSIHGT处理后的切片上，常规苏木精和伊红（H&E）以及各种特殊染色剂的染色质量与INSIHGT处理前的切片无异，即使是资深病理学家也无法分辨。除了不会干扰下游临床流程外，特殊染色的质量得以保持，从而可以对三维荧光成像结果进行多模式交叉验证，使INSIHGT成为下一代组织病理学的理想平台选择。

总结

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1. INSIHGT平台的开发：INSIHGT平台的开发克服了非穿透方法的要求与现成试剂的兼容性，通过使用烊化十二硼酸盐和环糊精作为添加剂，解决了三维组织学的瓶颈问题。

2. INSIHGT的优势：INSIHGT提供了一种成本效益高、可扩展且经济实惠的方法来定量绘制厘米大小组织中的多个分子，操作简单，无需专业设备或技能，易于实现自动化。

3. INSIHGT的安全性和稳定性：烊化十二硼酸盐和环糊精都是无害的，并且在环境温度下无限期稳定，使得INSIHGT价格低廉、易于获得。

4. INSIHGT的应用前景：INSIHGT为多路复用、多模式和多尺度三维空间生物学奠定了基础，能够将分子结构推断从亚细胞水平延伸到整个器官水平，甚至到临床放射成像尺度。

5. INSIHGT的兼容性：INSIHGT与下游传统二维组织学方法兼容，不会干扰后续的临床决策，为基于三维组织学的诊断技术的发展铺平了道路。

6. INSIHGT的改进空间：尽管INSIHGT技术有显著优势，但仍有改进空间，如提高对密度极高抗原的均匀染色能力，以及改进三维免疫染色洗脱方法。

7. INSIHGT的扩展应用：硼簇的全球蛋白质溶解能力和超分子点击化学的生物正交消除，使得INSIHGT的应用范围可以超越组织学，可能应用于更简单的体外环境，以精确控制分子间的相互作用。

参考资料：

1.Moses, L. & Pachter, L. Museum of spatial transcriptomics. Nat. Methods 19, 534–546 (2022).

2.Hickey, J. W. et al. Spatial mapping of protein composition and tissue organization: a primer for multiplexed antibody-based imaging. Nat. Methods 19, 284–295 (2021).

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