空间生物学简介
测序技术、质谱技术、多组学方法、成像技术和人工智能分析技术的进步，大大提高了从生物样本（尤其是人体组织）中获取信息的深度。这些相互关联的工具及其提供的不同见解，催生了一个快速发展的领域，即空间生物学。通过整合这些先进技术所提供的背景，空间生物学正在改变生物研究。但什么是空间生物学，研究人员如何利用其工具来满足后组学时代日益增长的生物学问题的需求？本文简要概述了空间生物学及其技术，以及这一动态领域的关键研究问题。
空间生物学常见问题
什么是空间生物学？
空间生物学将空间位置数据与分子信息相结合，使研究人员能够研究生物标志物在其原生组织环境中的组织和功能。这种方法将空间坐标分配给已识别的生物标记物，从而绘制出生物标记物分布和相互作用的详细地图。
研究人员为什么要使用空间生物学技术？
空间生物学技术可提供组织中不同细胞类型空间组织的高分辨率洞察力，并可使用多种生物标志物对其进行精确表型。这对于理解复杂的生物过程（如肿瘤微环境、免疫细胞相互作用和发育生物学）至关重要。通过揭示细胞在原位是如何排列和相互作用的，空间生物学可以为治疗策略提供信息，并改进对治疗反应的预测。
空间生物学对肿瘤微环境研究有何益处？
空间生物学有助于研究人员了解肿瘤微环境中细胞和生物标记物的组织结构。肿瘤细胞与血管的接近程度、免疫细胞的存在和状态、肿瘤基因和蛋白质表达的异质性等关键问题，都可以利用空间生物学技术来解决。这些见解对于预测对免疫疗法和其他疗法的反应至关重要。
空间生物学如何有益于神经科学研究？
将基于抗体的多路复用成像与特定细胞类型标记物相结合，可以更好地了解大脑的空间异质性及其对神经退行性疾病的影响。这些见解最终可为治疗和预防阿尔茨海默病等疾病提供更有效的疗法。
空间生物学使用了哪些技术？
空间生物学综合利用了多种先进技术，包括：
❖
测序：空间转录组学和空间基因组学将 RNA 和 DNA 测序读数分配到特定的组织位置。
❖
质谱分析：空间蛋白质组学和空间代谢组学分析组织区域内的蛋白质和代谢物。
❖
荧光成像：利用传统显微镜对二维和三维样本中的低复合标记物进行可视化和量化，提供高分辨率的空间数据，或利用基于抗体的多重成像技术对样本中的数十至数百种蛋白质进行分析。
❖
激光显微切割：可分离组织样本，甚至是单细胞，用于下游空间 omics 分析，或对特定区域进行无污染研究。
❖
基于人工智能的图像分析：探索二维和三维多重成像中的复杂数据和空间关系，并将其可视化。
空间生物学如何应用于发育生物学？
空间生物学非常适合研究毛囊等复杂的发育中组织，这些组织显示出随组织生命周期变化的颗粒状细胞特征。它有助于研究人员了解干细胞如何在不同的龛位中移动，并提供细胞特征和位置的颗粒知识，这对发育生物学研究至关重要。
低倍技术和高倍技术有何不同？
虽然这两种方法都使用荧光显微镜，但中低倍增技术分析的生物标记物较少，分辨率较高，适合对单细胞内的特定分析物进行详细研究。高倍技术可分析数百或数千个生物标记物，提供对复杂组织的全面了解。研究人员通常先使用低倍技术来确定假设和检查特定的组织区域，然后再使用高倍方法进行更广泛的分析。
空间生物学中的多重成像是如何工作的？
空间生物学中的多重成像涉及使用不同技术的各种工作流程，例如:
染色和成像合二为一：将染色和成像结合在一个步骤中。
多合一整体组学解决方案： 将多种 Omics 技术整合到一个工作流程中。
迭代染色： 涉及多轮染色和成像，以建立样本的综合概况。这种方法可提供组织内蛋白质分布和相互作用的详细空间信息。
什么是 Cell DIVE-IBEX 方法？
Cell DIVE-IBEX 是一种混合成像方法，结合了 Cell DIVE 和 IBEX（迭代漂白扩展多重性）的优点，提供全面的多重成像。IBEX 方法由位于马里兰州贝塞斯达的美国国立卫生研究院罗纳德-杰曼实验室发明。它将 IBEX 的抗原回收、抗体染色和染料灭活技术与 Cell DIVE 的先进成像和软件功能融为一体。Cell DIVE-IBEX 能够对组织样本进行详细而全面的分析，让人们更深入地了解不同细胞类型和生物标记物之间的空间关系和相互作用。然而，多重数据集的图像分析仍然是一项挑战。幸运的是，基于人工智能（AI）的图像分析通过深度学习、精确分割和自动表型等方面的创新取得了长足的进步，成为研究人员的有力工具。通过将细胞DIVE-IBEX方法与人工智能驱动的图像分析相结合，研究人员可以研究肿瘤微环境中的细胞相互作用和异质性，显著提高空间生物学洞察的准确性、效率和深度。
相关产品
