Новая методика, разработанная учеными из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, дает беспрецедентное представление о клеточной организации тканей. Этот метод, известный как Slide-seq, использует генетическое секвенирование для создания подробных трехмерных карт тканей, показывающих не только, какие типы клеток присутствуют, но и где они расположены и что они делают.
Поскольку для этого не требуется специального оборудования для визуализации, этот метод может использоваться учеными из различных областей биологии, генетики и медицины, которые хотят изучить клеточную структуру тканей или наблюдать, где активны определенные гены. в ткани, органе или даже целых организмах.
Такая платформа предлагает беспрецедентное представление о клеточной структуре тканей, роли, которую играют гены в различных тканях, а также о влиянии травм или других нарушений на ткани, предоставляя исследователям подробные карты функций тканей, которые никогда прежде не изучались. возможно.
Метод Slide-seq был разработан в лабораториях ассоциированного члена Broad Эвана Макоско, также доцента психиатрии в Гарварде, и Фей Чена, научного сотрудника Шмидта в Broad.
Работа опубликована в Интернете в журнале Science.
В 19 веке нейробиолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль поразил научный мир своими подробными рисунками тканей человека, демонстрирующими, что мозг состоит из отдельных клеток. Разработка антител в середине 20-го века позже позволила исследователям заглянуть в белки - по несколько за раз - в клетках и тканях. В последние годы секвенирование РНК позволило ученым определить, какие типы клеток присутствуют в ткани и какие гены включены в геноме, но не определить, где именно эти клетки расположены.
Slide-seq можно рассматривать как последнее достижение в этой технологической эволюции.
Техника начинается с предметного стекла с резиновым покрытием, или «шайбы», которая заполнена микрочастицами или «шариками», покрытыми уникальными штрих-кодами ДНК. Команда Broad секвенирует каждый из этих штрих-кодов, генерируя данные, которые впоследствии позволяют пользователям определить, откуда в массиве шариков были получены считывания секвенирования.
«Это похоже на сотовую форму GPS», - сказал Роберт Стикелс, соавтор и аспирант лаборатории Macosko. «Когда мы создавали эту технологию, мы хотели упростить ее использование нашими сотрудниками. Мы делаем всю визуализацию и генерируем матрицы заранее и передаем матрицы конечному пользователю, поэтому ему не нужно иметь специальные знания в области микроскопии».
За несколько часов работы с массивами, предоставленными компанией Broad, исследователи могут переносить срезы свежезамороженной ткани на поверхность гранул и растворять ткань, оставляя транскрипты мРНК связанными с гранулами со штрих-кодом. Библиотека РНК со штрих-кодом затем секвенируется на коммерческих инструментах. Программное обеспечение, разработанное командой Broad и предоставленное конечным пользователям, присваивает места каждому прочтению секвенирования, которые могут быть нанесены на график для создания карт типов клеток или экспрессии генов с высоким разрешением, с более полной информацией, чем у стандартных изображений микроскопии.
Чтобы продемонстрировать возможности инструмента, команда использовала Slide-seq для локализации типов клеток в мозжечке и гиппокампе в мозге мыши, выделяя подробные структуры, включая слой клеток толщиной в одну клетку. Применив Slide-seq к срезам мозжечка мыши, команда выявила полосы изменения активности генов в ткани, закономерности, которые указывают на пространственно определенные субпопуляции, которые не были различимы при традиционном секвенировании отдельных клеток.
Команда также показала, что Slide-seq может быть полезен для проверки эффектов возмущений, используя его для мониторинга ответов определенных типов клеток в мышиной модели черепно-мозговой травмы. Отфильтровав данные, чтобы показать экспрессию отдельных генов, они обнаружили, что некоторые гены включаются в нейронах в зависимости от близости к месту повреждения даже спустя долгое время после того, как оно произошло.
Исследователи также продемонстрировали, что наложение серии срезов ткани может показать трехмерную организацию ткани и клеточную функцию путем создания анимированной трехмерной реконструкции гиппокампа мыши, которую можно настроить для отображения различных типов клеток или экспрессии отдельных генов..
«Секвенирование одноклеточной РНК действительно хорошо показывает, какие клетки находятся в вашем образце», - сказал соавтор Сэмюэл Родрикес, сотрудник лаборатории Чена и аспирант Массачусетского технологического института в лаборатории Широкий ассоциированный член Эд Бойден. «Но Slide-seq - это принципиально новый инструмент, который добавляет совершенно другое измерение, сообщая нам, где клетки находятся в ткани. Мы рады работать с коллегами во многих областях, чтобы ответить на некоторые новые научные вопросы."