联川引进10x Genomics全新的空间原位分析Xenium平台，详见：联川生物成为10x Genomics 官方指定Xenium原位分析技术服务商 | Xenium专题，实现单细胞分辨率的组织原位靶向基因检测，构建全生态的单细胞空间检测系统！
单细胞测序技术如火如荼发展，其技术优势明显，为研究人员解决了如下科研问题：
组织中存在哪些细胞类型，以及细胞亚型（细胞图谱）；
识别疾病模型下未知/稀有的细胞类型和状态；
单细胞水平的基因表达谱检测；
细胞分化轨迹和分化过程的基因表达变化；
细胞之间的相互作用
然而单细胞技术也存在“缺陷”：由于组织需要制备成细胞悬液，造成细胞丢失其在组织中的原始位置信息，而细胞在组织中的分布又直接与疾病的发生发展息息相关。目前经典的解决方式是将单细胞测序与空间组学搭配起来相互弥补，空间测序数据因其分辨率受限，需要与单细胞分辨率数据联合分析推断细胞在空间位置的情况，通常是用转录本分布预测和细胞类型反卷积的算法实现。但仍然面临一些挑战，比如算法层面的映射对于细胞在空间分布的精度有待商榷，且无论是单细胞还是空间测序，两种技术在实验过程中均会破坏组织，后续无法在原片上进行验证实验。
此外，常见的单细胞测序后验证实验包括FISH（免疫荧光原位杂交），IF（免疫荧光）和IHC（免疫组化），这些技术的缺点是通量低，单次验证的基因数少，无法直观的分析细胞的分布信息和微环境组成情况。
以上面临的问题，可以通过Xenium原位检测技术解决！
Xenium检测平台可在不破坏组织形态的前提下，在组织原位实现靶向基因的检测，将基因表达和组织学的数据定位在一张图谱中，展示出高灵敏度、高通量和细胞分辨率的空间数据，实现 1＞1+1 的组学检测效果！该技术实现在单细胞水平上定位细胞在组织切片上的空间位置分布，特定基因表达的空间位置分布，细胞分布和基因表达分布，并且可进行细胞切割以及分析边界信息
Xenium在原位组织中检测细胞分布
Xenium空间原位分析解决方案的第一步是样本制备，将FF（新鲜冰冻包埋）或FFPE（石蜡包埋）组织切片置于Xenium载玻片上，对切片进行处理：FF样本进行固定和透化；FFPE样本进行脱蜡和解交联。
接下来，利用可环化的DNA探针对组织切片进行标记，DNA探针由两端基因特异性序列结构和中部荧光探针特异性杂交位点构成。探针与组织样本原位RNA杂交过程中，仅当两端特异性序列精确匹配形成挂锁结构，才可以连接成环，并在酶的作用下滚环扩增，形成特异性扩增产物。
在Xenium分析仪中，组织原位的特异性扩增产物经过多轮荧光探针杂交，成像和探针去除，形成原位荧光信号序列，解码这个荧光序列即可获得该位置所属基因。不同基因探针浓度会根据表达量微调，使其具有更高的灵敏度、特异性和精确度，从而实现对大量目标基因的同时鉴定和定位。
最后将获得的数据通过 Xenium In Situ平台直接输入软件进行初步处理，构建出整张组织切片上转录本的空间图谱。
未来，Xenium还能够检测同一组织切片中的RNA和蛋白质表达水平，实现组织中更多表达模式的分析。
更高的通量：超大的捕获区域，成像区域为10.45mm x 22.45mm，一次可同时支持两张玻片上机；
高灵敏性和特异性：平均每个基因设计8对独特的挂锁式探针，增强检测的灵敏性和特异性；
组织原位的亚细胞分辨率：结合原位显微成像的检测方法，保留RNA分子的原位特征，实现亚细胞水平的原位基因表达分析；
高样本兼容性：能够识别短或高度降解的转录本，兼容FF（冰冻包埋）、FFPE（石蜡包埋）和TMA（组织芯片）等各类常见样本类型。并且运行后能够保持组织形态完整性，可在同一张切片获得IF和HE信息；
灵活定制：在现有固定Panel基础上（panel中的基因多数是细胞marker），可添加定制多达100个目标基因。
Xenium Panel
更多组织类型的Panel还在更新中，详见官方链接：https://www.10xgenomics.com/support/in-situ-gene-expression/documentation/steps/panel-design/pre-designed-xenium-gene-expression-panels
Xenium平台提供了一个完整的端到端数据分析方案，下机生成的数据可以直接导入Xenium Explorer桌面软件进行数据质控和可视化探索，Xenium数据分析的关键环节包括成像，解码，细胞分割，细胞聚类和细胞鉴定等，其中联川生物开展的5K panel实测，显示了Xenium强大的转录本捕获能力，为复原真实的组织形态提供了非常强的助力。
1、绘制阿尔茨海默病的细胞类型图谱（Chen WT, et al., 2020）
2、根据多种细胞类型的多个标志物基因对组织切片进行空间原位解析(Floriddia EM, et al.,2020; Soldatov R, et al.,2019)
3、对复杂发育过程及背后的细胞转录状态进行时空组学原位解析(La Manno G, et al.,2021)
4、对单细胞测序数据进行组织切片原位验证，原位分析结果可以加深对组织亚结构分子基础的进一步了解(Tosti L, et al., 2021)
案例1 单细胞、空间和原位分析联合绘制高分辨率乳腺癌微环境图谱
2023年12月，10x Genomics团队在Nature Communications杂志发表了Xenium空间原位分析应用文章。该研究对一个乳腺癌肿瘤FFPE样本进行连续切片，再对切片上使用scFFPE-seq、Visium和Xenium，实现了单细胞空间全转录组和靶向原位数据的整合，从而提供高度互补和相互印证的生物学信息。基于scFFPE-seq和Visium实现样本中的细胞类型注释，再通过将转录本映射到Xenium数据，进一步完善了细胞原位分布和验证。
本研究中Xenium原位分析的贡献：
1、与单细胞、空间转录组的结果整合并互相验证，得到了完整的乳腺癌异质性图谱；
2、由于Xenium技术的超高分辨率，发现了一个传统病理学方法无法鉴定的三阳性（HER2+/ER+/PR+）区域，由于面积较小，在空间转录组数据中也容易被忽略，而在临床中，受体状态可用来帮助预测患者预后和选择治疗策略，因此这一发现是极具临床价值的。
Xenium发现三阳性肿瘤区域
案例2 单细胞原位检测揭示多发性硬化症的空间动态
2023年6月，瑞典团队发表了Xenium空间原位分析应用于多发性硬化症（MS）的bioRxiv预印本文章。研究先构建了实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠模型，对不同时期的不同组织部位进行了原位检测，并利用单细胞数据注释获得了MS病变过程中的时空图谱。之后，作者利用Xenium已有的266个基因的人脑 panel对MS患者活性和非活性损伤区的脊髓进行了原位分析，识别出240,372个细胞的空间细胞图谱，该图谱揭示了活动性和非活动性病变的细胞病理学特征，以及少突胶质细胞和星形胶质细胞在MS损伤中的空间偏好性，并发现了多个组织学不能发现的非活动性病变区域。
本研究中Xenium原位分析的贡献：
1、与原位测序（ISS）技术联合分析，绘制了MS病变过程中的时空图谱；
2、亚细胞分辨率的Xenium原位分析技术，助力发现了一个未被组织学实验发现的非活动性病变区。
Xenium发现MS活动性和非活动性病变的区域特征
总体来看，Xenium可以定位以下3个方面来开展研究：
▪ Xenium可以作为一个验证平台来对单细胞测序得到的关键细胞和关键基因进行空间表达验证。
▪ Xenium可以作为单细胞的互补，对单细胞测序得到的细胞类型、关键基因进行空间定位，分析组织中的细胞微环境和基因调控网络，且具备验证的功能。
▪ Xenium可以作为独立的技术进行研究，基于现有的panel list或者定制化的panel list，构建复杂组织样本的细胞图谱，探究特定生理病理下的基因调控机制。
Xenium原位检测技术具备独特的优势，与单细胞和空间转录组适用的领域一样，相信该技术在发育生物学、神经科学、肿瘤/非肿瘤疾病、以及衰老等相关研究领域，必将受到研究人员的青睐！
1. Chen WT, et al. Spatial transcriptomics and in situ sequencing to study Alzheimer's disease. Cell 182: 976–991.e19 (2020). doi: 10.1016/j.cell.2020.06.038
2. Floriddia EM, et al. Distinct oligodendrocyte populations have spatial preference and different responses to spinal cord injury. Nat Commun 11: 5860 (2020). doi: 10.1038/s41467-020-19453-x
3. Soldatov R, et al. Spatiotemporal structure of cell fate decisions in murine neural crest. Science 364: eaas9536 (2019). doi: 10.1126/science.aas9536
4. La Manno G, et al. Molecular architecture of the developing mouse brain. Nature 596: 92–96 (2021). doi: 10.1038/s41586-021-03775-x
5. Tosti L, et al. Single-nucleus and in situ RNA sequencing reveal cell topographies in the human pancreas. Gastroenterology 160: 1330–1344.e11 (2021). doi: 10.1053/j.gastro.2020.11.010
6.Janesick A, et al. High resolution mapping of the tumor microenvironment using integrated single-cell, spatial and in situ analysis. Nat Commun. 2023 Dec 19;14(1):8353. doi: 10.1038/s41467-023-43458-x.
7.C. M. Langseth, et al. Single cell-resolution in situ sequencing elucidates spatial dynamics of multiple sclerosis lesion and disease evolution. bioRxiv 2023.06.29.547074; doi: https://doi.org/10.1101/2023.06.29.547074
关于联川
杭州联川生物致力于为全球各地的科研用户提供基因组、转录组、表观组、蛋白组、代谢组，以及单细胞和空间组学测序服务。
单细胞和空间转录组测序作为联川重点科研服务产品，目前已经搭建完成包括10x单细胞测序（ScRNA-seq、ScRNA-seq＆VDJ及ScATAC seq），10x空间转录组测序（Visium 、CytAssist），10x Xenium及华大时空组学（stomics）测序平台。联川生物实现从nm到um，从单细胞到亚细胞的全生态单细胞空间原位检测的布局。在样本制备和生物信息学分析，以及云分析平台方面充分发挥自身优势，联川生物致力于为客户提供优质的服务。
目前已经与多个国家及地区的100多个科研院校、医院、制药公司建立起了长期的合作伙伴关系，累计发表单细胞和空间转录组测序相关的SCI高质量论文已超过百篇，影响因子平均15+，其中空间转录组相关文章数十篇（包含单细胞&空间转录组联合分析文章）。联川在单细胞&空间组学整合分析具备成熟的流程和云分析工具，对于数据挖掘和生物学故事具备深度的理解力，是值得信赖的多组学整合专家！
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