空间转录组学技术是结合成像、生物标记、测序及生物信息学等工具对组织切片的基因表达进行空间定位的一项技术,可揭示各细胞类型在组织中的空间分布、各细胞群体间的相互作用以及绘制不同组织区域的基因表达图谱,对于理解疾病和癌症的发生机制,生命生育活动具有深远的应用价值。
百创智造于2022年4月25日推出了4.8μm分辨率空间转录芯片百创S1000以来,受到了市场的广泛好评与认可。经过又一年的研发沉淀,2023年6月28日,百创智造将技术回归生命科学本质,开创性的将样本原片荧光、原片H&E染色与原片高通量测序相结合,)在山东青岛正式举办了百创智造S系列空间转录组细胞分割产品发布会。会上正式发布了基于百创S系列空间芯片的细胞分割技术,重新定义空间组学新标准,开启单细胞级空间转录组科研时代。
会上,百创智造副总裁刘敏先生简单介绍了百迈客生物业务主要包括科技服务、智能制造两大业务板块。在科技服务方面,建立了Illumina、PacBio、ONT、Waters等二代测序、三代测序和质谱检测平台,形成了多技术,多组学的服务体系,主要服务于科研院校、研究所、制药公司。在智能制造(百创智造)方面,公司现拥有基于微孔的亚细胞级空间转录组平台BMKMANU S1000,极速单细胞平台BMKMANU DG1000,为广大用户提供高品质“服务+产品”的模式。
对于大家比较关心的问题–百创S1000的细胞分割技术设计原理是什么?相关数据有哪些?产品特点是什么?百创智造副总裁刘敏先生也在发布会上做了详细介绍。
百创智造S系列空间转录组细胞分割实现原理: 三图合一
百创智造基于S系列空间芯片的底层设计,可以得到完全没有错误的原片荧光图像以及H&E图像且与芯片完全对齐。基于荧光进行细胞核的定位刻画细胞核的边界;基于HE的校准辅助刻画细胞的边界,通过边界信息映射到芯片上,提取相应位置的测序数据,实现精准的单细胞分割。
同时,对于细胞类型差异大的片子以及植物样本,百创智造也匹配了免费的可视化软件BSTCellViewer,可以手动进行细胞的修改、圈定。
产品特点:
1.亚细胞级分辨率:分辨率最高可达4.8μm。
2.原片荧光染色+原片H&E染色+原片空间测序相结合技术:既可以进行表达芯片H&E染色,又同时可以再表达芯片上进行荧光染色,保证细胞分割更准确。
3.灵活样本策略:可根据样本数量,灵活定制1~8个捕获区域,且还可以根据组织大小,选择3中不同面积(6.8mm*6.8mm&11mm*11mm&15mm*20mm)的捕获区域大小。
4.无错位且高清的图像:芯片采用半导体加工级别的微孔矩阵,以及提供BSTCellViewer细胞圈定软件,可以实现对原片进行单细胞圈定,分割实现以单细胞为单位进行聚类分析。
在发布会上,测序中国网对百迈客生物总裁郑洪坤先生、百创智造副总裁刘敏先生、中国科学院北京基因组研究所于军研究员、南方医科大学教授赵小阳教授、东南大学赵祥伟教授、中国海洋大学王玮教授以及北京大学现代农业研究院李博生研究员进行了专访,以便了解更多关于细胞分割技术的研发背景、技术原理,以及对空间组学发展的影响。
问题1:郑总,百迈客现在设有科技服务与智能制造两大板块,请您谈一谈大力投入智造方向的原因?
答:创新是企业发展最核心的竞争力,生物基因测序行业主要可以分为上游、中游与下游,科技服务行业绝大多都处于中下游的位置,上游主要被国外企业长期垄断,企业很难形成差异性的竞争力。为了公司的长期发展,从5年前百迈客就开始布局行业上游的仪器试剂,首先着落于当下发展迅猛的时空组学领域,在去年也是推出了基于微孔的亚细胞级空间转录组平台BMKMANU S1000与极速单细胞平台BMKMANU DG1000。
问题2:刘总,在细胞分割技术产品设计过程中,遇到的难点是什么?又是如何克服的?
答:首先需要有一个足够高分辨率的空间芯片,这个我们在去年的时候就已经解决了,其次是如何去精准的识别细胞,随着分辨率的提升对图像的准确度要求也越来越高,如何得到与芯片完全对齐的无拼接错误的图像至关重要,我们通过不断的摸索,基于S系列芯片的底层设计,解决了这个问题,得到完全没有错误的原片荧光图像以及H&E图像且与芯片完全对齐,实现了精准的细胞分割
问题3:于老师,对于空间组学研究的发展您有什么建议?
从研究的历史来看,从宏观生物学(观察生物学)到微观(分子生物学)再到现在的时空(空间与时间的关系),空间组学是发展趋势之一。但是讨论空间研究一定不能忘记时间,同时现在空间也是以单张贴片为主,是一个静态的结果,生命的本质是动态的。所以后续的发展尽量是在构建三维空间的同时能以时间为轴,来真正刻画动态的生命。
问题4:空间组学技术已经将分辨率提高了到亚细胞级别的分辨率,在实验研究过程中,各位老师觉得还需要将单细胞测序和空间组学联合测序分析吗?
中国科学院北京基因组研究所于军研究员表示:在空间转录组测序的基础上,再进行单细胞测序是非常有必要的。因为相较于空间转录组测序,通过单细胞转录组测序捕获的中位基因数更高一些。单细胞转录组测序提供精准的基因信息,空间转录组测序提供样本空间位置信息,两者双剑合璧,发现细胞群体/细胞亚群信息以及不同区域、不同细胞亚群的空间分布和定位以及转录特征。
南方医科大学教授赵小阳教授表示:单细胞测序技术和空间转录组学技术并不冲突,我们都知道单细胞测序技术在将组织样本解离成单个细胞的过程中,不可避免地丢失了样本的空间位置信息,而空间转录组学可以提供空间位置信息,完美的弥补了这一点。
东南大学赵祥伟教授表示:百迈客生物今天发布的百创智造S系列空间转录组细胞分割产品将分辨率从多细胞提高到了单细胞甚至亚细胞界级别,能更精准的实现细胞分割,对样本进行精准分析,是很值得骄傲的事情。但是从我个人的角度,因为组织细胞是交叉分布的,空间转录组学并不能真正达到单细胞测序的精准,所以将单细胞和空间组学相结合是相互有利。
北京大学现代农业研究院李博生研究员表示:空间转录组学技术在研究发育、肿瘤、进化等方面起到了关键了作用,该技术有很大的市场前景。我们从发布会上展示的多个数据可以出来,随着分辨率不断地从100μm提高到5μm时,组织区域聚类结果明显增多,而且高分辨率下HE染色组织形态学与spots聚类空间分布图重合度更高,能精准识别空间基因表达的异质性和组织区域。而单细胞转录组测序是需要将组织解离成一个个的单细胞,捕获的细胞数&中位基因数也比空间组学有很大的优势,所以更看好将细胞分割技术和单细胞测序联合策略。
问题5:空间转录组测序过程中,保留原片H&E染色的意义大吗?是否能使用临片替代呢?
刘总表示:若是客户想要获得完整的组织形态学图片,建议先进行原片荧光染色获得较清晰的细胞轮廓,再进行H&E染色获得较完整的组织形态学图片。若是细胞的组织形态学图片已经搞清楚了,可以直接原片荧光染色,不需要H&E染色。
百创S1000空间转录芯片是现在高分辨率原位捕获测序芯片中,支持原片H&E+原片荧光染色的产品,相信在未来随着细胞分割技术的不断推广,会越来越受到人们的青睐,而且能打破市场垄断,为更多的科研人员提供便利。
BMKMANU S2000新产品发布
随着百创智造在时空组学领域的不断探索,在保证具备亚细胞分辨率的条件下,百创研发团队已成功完成了大尺寸捕获芯片BMKMANU S2000的研发与测试。BMKMANU S2000共具备15mm×20mm和11mm×11mm两种尺寸的捕获区域,捕获区域面积相较BMKMANU S1000提高6倍以上,大大降低了空间转录组实验对样本尺寸的限制。而且将空间BC种类数从~5600万种提高到~5亿种,增强了基因捕获信息。期待下次和您们的见面!!!