XYZeq: улучшенная карта клеточного разнообразия

Исследователи из Gladstone Institutes, Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) и Беркли разработали высокоэффективный метод для одновременного картирования специализированного разнообразия и пространственного расположения отдельных клеток в ткани или опухоли.

Техника XYZeq, описанная в журнале Science Advances, включает сегментирование ткани на микроскопическую сетку с последующим анализом РНК из интактных клеток в каждом квадрате этой сетки. Это позволяет понять, как функционирует каждая конкретная клетка в её пространственном окружении, что даёт новое представление об организации тканей и взаимодействии различных типов клеток при заболеваниях, включая рак.

"Мы создали способ, по сути, объединяющий микроскопию и анализ отдельных клеток с помощью секвенирования", — говорит Чун Джимми Йе, доктор философии, ведущий автор статьи. — "Эта технология приближает нас к созданию современного атласа человеческого тела. Она позволяет увидеть не только то, какие клетки присутствуют в определённой ткани, но и где они расположены, каковы их взаимоотношения и как это меняется при болезни".

Проблема предыдущих методов

С появлением секвенирования отдельных клеток стало возможным анализировать всё ДНК или РНК одной клетки, что пролило свет на разнообразие клеток в тканях. Однако этот метод, как и экспериментальная интеграция данных о местоположении клеток, оставались сложными. Исследователи видели разнообразие, но не знали, как эта смесь клеток организована в пространстве.

"До сих пор большинство людей брали целую ткань, измельчали её и получали данные об отдельных клетках из этой смеси", — говорит Юджин Ли, соавтор исследования. — "Как только ткань измельчена, вся информация о пространственных связях клеток теряется. С нашим новым подходом мы сохраняем информацию о том, откуда взялась каждая клетка".

Как работает XYZeq

1. Срез ткани помещается на слайд, который делит ткань на сотни "микролунок", каждая размером с крупинку соли.
2. Каждая клетка в ткани получает молекулярный штрих-код — короткий участок ДНК, уникальный для микролунки, в которой она находится (аналог почтового индекса района).
3. Затем клетки перемешиваются, и каждой присваивается второй штрих-код, чтобы гарантировать уникальный идентификатор для каждой клетки в данном квадрате (аналог адреса дома в районе).
4. РНК каждой клетки секвенируется, а результаты сохраняют оба штрих-кода, что позволяет точно определить исходное местоположение клетки в ткани.

Тестирование и результаты

Команда протестировала XYZeq на образцах тканей мышей с опухолями печени и селезёнки. Метод позволил визуализировать расположение раковых и здоровых клеток относительно друг друга. Более того, было обнаружено, что некоторые типы клеток вблизи опухоли печени распределены неравномерно: иммунные клетки и специфические типы стволовых клеток формировали скопления в определённых областях опухоли. Кроме того, у некоторых стволовых клеток уровни определённых молекул РНК различались в зависимости от расстояния до опухоли.

"Это закономерность, которую мы никогда не смогли бы увидеть без пространственной информации, которую даёт XYZeq", — говорит Дерек Богданофф, соавтор исследования.

Исследователи пока не уверены в значении этой закономерности, но предполагают, что молекулярные сигналы, генерируемые опухолью или рядом с ней, влияют на функции близлежащих клеток.

Перспективы и будущее

Технология XYZeq перспективна не только для изучения сложного микроокружения опухоли, но и для выявления клеточных паттернов в других органах и при других заболеваниях (например, в мозге). Для разработки системы XYZeq потребовалось создание каждого компонента с нуля, что связано с большими затратами времени и использованием оборудования, недоступного многим научным группам. Поэтому команда сейчас работает над масштабированием технологии, чтобы сделать её более доступной.

"Эта технология генерирует пространственно локализованные данные об отдельных клетках, которые можно применять к тканям при различных заболеваниях", — говорит Эрик Чоу, доктор философии, старший автор статьи. — "В конечном итоге это поможет нам приблизиться к возможности её использования и в клинических условиях".