【技术介绍】空间转录组学10X Visium方法原理

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1 芯片结构

2 操作流程

10X Visium是一种空间转录组学技术，用于研究组织和细胞在其原位空间中的基因表达模式。这种技术允许研究者同时获得组织中数千个基因的表达信息，并将其与组织的空间结构相对应。

AI for Science飞速发展的当下，机器学习在生物信息领域的应用备受关注，空间转录组学是其中很重要的一部分，对于没有生物信息学背景的人，上手使用数据往往是一个难点。理解相关技术的原理可能能够帮助大家理解数据。

1 芯片结构

上图为10x Visium技术使用到的芯片（slide）结构如上图所示，用于捕获细胞切片中的mRNA。

每个芯片（左1）包含四个捕获区，即芯片上的四个正方形区域，每个捕获区大小为8mm*8mm，其中真正有用的部分大小为6.5mm*6.5mm。

每个正方形区域有约5000个spot组成（左2），单个spot的直径为55μm，相邻spot圆心距为100μm。因此每个spot可以捕获多个细胞。对于捕获的细胞数，不同文章有不同的说法，这也与细胞大小、细胞间距等有关，但大致范围为几个到几十个之间。

从侧面看单个spot如图（右2）所示，每个spot上有数百万个探针。单个探针由四部分组成（右1）。

黑色区域Partial Read 1测序时所需要的部分引物序列。

绿色区域Spatial Barcode是用于确定探针位置的条码，相同每个探针都有一个该序列，同一个spot内所有探针的该序列相同，而不同spot之间该序列互不相同，以此可以确定表达产物的空间位置。

红色区域UMI是unique molecular identifier的缩写，每个spot中不同探针具有不同UMI，用于确定捕获到的转录本数量。

蓝色区域Poly(dT)有许多T碱基组成，与mRNA3'端的一连串A碱基序列互补，用于捕获mRNA。

2 操作流程

上图展示了10x Visium技术流程。

1）样本准备，将组织切片固定到捕获区（芯片正方形区域），进行HE染色及拍照

2）进行组织透化（permeabilization），破坏细胞，释放mRNA，是其与探针结合

3）由于mRNA不稳定，故将其逆转录成cDNA

4）将cDNA（探针和cDNA的结合物）洗脱，随后可以进行文库构建、测序及数据可视化。由于每个探针具有Spatial Barcode，因此即使不同spot的探针混在一起，也可以保留各自的空间位置信息

下面是另一个版本的原理图