CosMx SMI单细胞空间原位检测

        CosMx SMI（Spatial Molecular Imager）系统曾入选 The Scientist 杂志2022年度“十大创新科技产品”，是一个突破性的单细胞空间原位成像平台。SMI能够兼容多种组织类型的检测，包括新鲜冷冻组织样本（FF）、福尔马林固定石蜡包埋组织（FFPE）、以及组织芯片（TMA）等，结合了超高分辨率成像技术和多靶标检测能力，能够对组织切片中近19000种RNA和64+种蛋白质分子进行单细胞和亚细胞分辨率的原位成像，支持研究人员实现精准透彻的生物学解析。

        CosMx SMI化学原理是一种无酶、无核酸扩增、基于杂交的单分子条形码检测方法，基于原位杂交循环成像技术，通过原位杂交（ISH）探针和称为报告器的荧光读出探针（图1）以实现在单细胞水平原位检测组织切片中的RNA和蛋白质。

        ISH探针分两段，一段是针对目标基因的结合区域（Target binding domain），由长度为35–50 nt的DNA序列组成，该DNA序列将与组织中的RNA靶标特异性杂交；另一段是读出域（Readout domain），用于对该靶标RNA进行表达量鉴定，该捕获序列长度为60–80 nt，由四个连续的10–20 nt DNA序列组成，分别与特定的报告探针（Reporter）进行杂交。报告探针，一部分与Readout domain互补杂交，另一部分与荧光染料结合，在激发光的照射下发出荧光，报告目标RNA的存在。

图1. SMI RNA检测技术原理（来源：布鲁克）

        SMI蛋白检测原理与RNA检测原理相似，使用带有核酸标签链的特异性抗体来识别目标蛋白。抗体结合蛋白后，核酸标签链作为“读出域”与后续报告探针以及荧光染料分子进行杂交，发出荧光信号。

图2. SMI 蛋白检测技术原理（来源：布鲁克）

• 固定并透化5 μm FFPE或新鲜冷冻组织切片；

• 探针与组织样本中的靶标杂交；

• 清洗组织样本，然后与寡核苷酸标记的抗体孵育，进行形态学标志物染色；

• 在清洗后，组装流动槽并上样至SMI仪器进行形态学标志物成像；

• 选择组织上所需的成像区域；

• 仪器自动进行多轮报告子结合和荧光成像，读取每个成像的RNA探针或蛋白质抗体的条形码；

• CosMx SMI数据分析。

图3. SMI工作流程

• 高通量：在单张载玻片上分析近19000种RNA和64种蛋白靶标，全面覆盖几乎全部蛋白编码基因；

• 样本兼容性好：可兼容新鲜冷冻组织样本（FF）、福尔马林固定石蜡包埋组织（FFPE）、以及组织芯片（TMA）等；

• 超高分辨率：真正意义的单细胞分辨率，甚至亚细胞分辨率；

• 行业领先的细胞分割算法：基于膜蛋白成像实现精确的单细胞边界识别和界定，保证后续单细胞原位转录组分析的可信度；

• 高度可信的数据质量：设置多重阴性对照，提高数据的可信度；

• 数据可视化：基于用户友好的交互式AtoMx™空间信息平台 (SIP)开展数据分析和结果可视化。

• 单细胞空间图谱：发现不同细胞类型，绘制其组织空间定位；

• 差异表达分析：基于空间背景的单细胞转录组差异表达分析；

• 解析细胞状态和细胞功能；

• 细胞邻域分析：组织微环境的空间表型；

• 细胞通讯：配体-受体相互作用；

• 转录本和蛋白的亚细胞定位；

• 生物标志物的发现和验证。