创业伙伴||全球首发 M20 Spatial - 基于随机引物的全样本空间全转录组技术

来源： M20 Genomics

2022年8月，M20推出了首个基于随机引物的全长转录组单细胞测序技术M20 Seq和新一代单细胞测序平台VITA系列，将单细胞测序研究推进到多物种、全样本、全转录组和全长序列的2.0时代。

然而，对生命机制的研究，在于理解一个个生物学过程在时空维度上的发生与调控。在时空的维度上使用新的技术对细胞及分子机制进行更加精准的解析，M20从来没有停止过探索与创新的步伐。

10月19日，M20正式发布全球首个基于随机引物的全样本空间全转录组技术——“M20 Spatial”。利用公司在随机引物上的技术优势，M20 Spatial将再次引领空间转录组技术走进多物种、全样本、全转录组和全长序列的新时代。

与传统空间转录组技术相比，M20 Spatial在应用物种、样本保存类型、捕获RNA种类及全长序列无偏覆盖等方面实现了创新突破，将有助于提高空间转录组技术在科研及临床多领域中的应用价值，并且更大拓宽空间转录组研究带来的信息与视野，从而进一步助力生物医药领域获取更多前沿突破。

01空间转录组技术的现状与挑战

空间转录组学技术是生命科学和医学领域振奋人心的技术突破之一，被 Nature Methods评为 2020 年 “年度技术”。自此，空间转录组在科学研究中的应用快速扩大，论文发表逐年递增，呈井喷之势（图1），其相关应用方向和产业落地进展也不断加速，种种进步对于理解细胞生物学、发育生物学、神经生物学、肿瘤生物学等关键方面都显得至关重要。

和常规单细胞转录组相比，空间转录组能够将细胞类型及基因表达与空间位置对应起来，深入理解不同细胞亚型/状态的空间分布，精准分析细胞互作及其分子机制，为生物医药研究提供了具备独特优势的利器。

目前，空间转录组的技术路线目前已多达十多种，其中不少已经商业化，并广泛应用于组织细胞功能、器官发育追踪、肿瘤微环境分析、病理及疾病机制挖掘等方向，在神经科学、发育生物学、肿瘤研究和免疫学中展现出了巨大的潜力。

然而，挑战依然存在——当前大部分空间转录组技术仅能用于新鲜与冻存样本，对于临床常见的FFPE样本来说，能使用的空间转录组技术依旧寥寥无几。即使是目前已经商业化的FFPE空间转录组技术，对转录组的检测均基于靶向编码区特定序列的探针捕获原理，因此难以捕获靶向区域以外的信息，更无法捕获非编码RNA的信息。而基于完整编码RNA序列进行的基因融合、可变剪接分析，以及非编码RNA方面的研究，恰恰是病理、神经、肿瘤、免疫等方面研究颇受关注的前沿方向 [2-4]。

02多物种、全样本、全长序列的空间全转录组技术—— M20 Spatial 

为了突破上述瓶颈，基于M20 Genomics在随机引物方面深厚的技术积淀，公司革命性地推出全球首个基于随机引物的全样本空间全转录组技术，并将其命名为“M20 Spatial”。

与现有的其它空间转录组技术相比，M20 Spatial最突出的特点有：

1全样本类型

M20 Spatial不仅可用于新鲜样本、冻存样本，还适用于FFPE样本，解决了FFPE样本空间转录组方法受限的难题，使研究不再受限于样本类型、时间、地域，更适合实验室中心化检测模式；

2全转录组

M20 Spatial可对全转录组进行无偏好的捕获，因此可实现对非编码RNA（如lncRNA）的研究，为研究和检测癌症等疾病带来全新的分析技术和工具；

3全长序列

M20 Spatial可实现对转录组全长序列的捕获，从而获得全长转录组的完整信息，在空间组层面实现对基因融合、可变剪切等信息的深入挖掘。

03M20 Spatial技术性能实测

FFPE（formalin fixation and paraffin embedding）样本，即福尔马林固定石蜡包埋的组织样本。它承载了众多病理的关键信息，可长期在室温条件下保存，是病理科当之无愧的“瑰宝”。在世界范围内，大约有数十亿份组织样品存储在医院或生物样本库中，其中绝大多数为FFPE样本。

但是，由于福尔马林的固定，FFPE样本组织中的核酸也容易发生不同程度的降解和分子间的交联，石蜡的高温渗入过程也会进一步加速核酸的降解。此外，保存的时间及环境对样品中的核酸也有巨大的影响。因此，从FFPE样本中捕获到高质量的RNA，并构建出信息完整、无偏好、可用于单细胞组学和空间组学研究的转录本，难度向来比新鲜和冻存样本更大，能使用的空间转录组平台也极为有限。

M20使用M20 Spatial技术对多种人及小鼠组织的FFPE样本进行了测试，均显示出优异性能。在此，以心脏、脑等小鼠FFPE组织为例，和大家分享M20 Spatial在FFPE样本中的实测数据：获取高精度的空间转录组信息

M20 Spatial在小鼠心脏FFPE切片中实现了高灵敏度的转录组捕获，在3,048个位点中，测得的总基因数为31,072。每个直径50 ㎛的位点中，中值基因数为3,651。

在不同物种以及组织类型的FFPE样本测试中，M20 Spatial均可识别多种细胞亚群。

以小鼠心脏、脑、肾脏等各个器官的FFPE样本为例，通过UMAP降维聚类，均能根据转录组的差异识别出多个细胞亚群（图5-7）。

同时，这些分群在样本切片上的空间映射图显示，通过M20 Spatial发现的细胞亚群对应着器官中各个不同组织的细胞（图5-7）。对于像脑这样较为复杂、不同区域细胞类型区别较大的器官，M20 Spatial的分群数据能直接体现出不同脑区的空间组织。

这些数据显示，M20 Spatial可以准确识别出在空间分布和转录组层面存在异质性的细胞亚群，非常适合用来对组织和器官中细胞间的空间异质性进行深入挖掘。

现有的空间转录组平台均基于polyA探针或其它靶向探针捕获，有较强偏好性，因此获得的转录组信息存在较强的3’端偏好性或靶向区域偏好性。

M20 Spatial利用随机引物的优势，革命性地突破了上述偏好性限制，在无需结合三代测序的前提下，首次实现了空间转录组对gene body序列的无偏好全长覆盖。

M20 Spatial革命性地突破了空间转录组仅检测转录组编码区的局限，首次在多种样本类型的空间转录组中实现了对全转录组RNA的检测。

在非编码RNA中，lncRNA参与癌症发生发展、免疫、应激、神经活动等多种生物学过程的调控，是近年科研的前沿热点。M20 Spatial在小鼠FFPE样本中检测lncRNA占到总检出RNA的2%-10%（图9-11），使空间转录组提供的信息更加深入和全面。

M20发布的创新性空间转录组技术M20 Spatial，不仅实现了不受样本类型局限的空间转录组分析，更打破了以往空间转录组技术只能捕获编码区小部分转录组信息的局限，提供了前所未有的全面、深入的空间转录组信息，进一步拓展了空间转录组在神经、病理、肿瘤、免疫等领域的应用。基于M20 Spatial技术，M20将于近期推出新一代空间转录组平台NATA系列，敬请期待。