空间生物学如何改变和创新研究
大鼠大脑经Hoechst 405、CPCA-GFAP 488、FOX3/NeuN 594、RPCA-Iba1 647及NF-H共轭物750染色。
空间生物学通过实现对组织内每个细胞的数量与空间信息进行精细化研究,彻底改变了生物医学研究。不同于传统序列分析方法对分离的细胞进行分析,空间生物学整合了空间转录组学、蛋白质组学、代谢组学等多组学方法,并结合先进成像技术以完整保留组织结构。
这些创新技术有助于更深入地了解细胞相互作用、疾病病理学及组织异质性。多组学与空间成像的融合实现了新型生物标志物的识别、复杂微环境的表征以及疾病进展的追踪,显著推动了肿瘤学、神经科学和免疫学等领域的发展。
随着技术不断突破,空间生物学有望通过改进诊断手段和个性化治疗干预,在精准医学发展中发挥关键作用。
本次访谈中,我们特邀本机构的Laura Lleras博士,深入探讨先进成像技术在空间生物学中的作用。请继续阅读,了解高通量成像工具如何引领研究、药物发现及临床应用领域的未来变革。
Rebecca:今天我们将深入探讨空间生物学——这一正彻底颠覆细胞层面疾病认知方式的领域。同时我们将探讨高通量成像技术(如SLIDEVIEW VS200玻片扫描仪)在这一变革中的关键作用。本次我们邀请到Evident公司的产品营销经理Laura Lleras博士。Lleras博士,欢迎您的到来!让我们先谈谈宏观层面:空间生物学是什么,它为何具有如此突破性的意义?
Lleras博士:谢谢!很高兴能探讨这一话题,因为空间生物学堪称生命科学领域近期最令人振奋的突破性进展之一。数十年来,分子生物学和细胞生物学专注于分析单个细胞,即每次只研究一个基因或一种蛋白质,而不考虑它们在组织中的空间组织结构。虽然这种方法带来了重大发现,却忽视了生物学的一个关键方面:细胞事件的发生位置与事件本身同样重要。
而这正是空间生物学发挥关键作用的领域。空间生物学使研究人员能够在原生组织环境中可视化并分析生物分子,完整保留细胞的空间位置信息。这一技术对癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病、心血管疾病和自身免疫疾病的研究尤为重要——在这些疾病中,细胞间相互作用与组织空间结构对疾病进展起着决定性作用。该技术在再生医学领域同样具有重要价值,以Van Beijnum等人2023年发表的研究为例1,研究通过空间转录组学能够在空间和时间上准确定位再生过程。
借助空间生物学技术,我们如今能够以前所未有的精度绘制基因表达图谱、蛋白质活性与细胞互作网络,这为研究人员和临床医生发现新型生物标志物、预测疾病进展及开发靶向疗法提供了强大支撑。
小鼠脾脏。样本由Kromnigon提供。 图像通过采用SpectraSplit 7滤光镜套件(Komnigon)和Novem光源(Excelitas)的SLIDEVIEW VS200玻片扫描仪采集。
作者:Eric Stellamans。
成像技术在空间生物学中的作用
Rebecca:太神奇了!但成像技术如何融入空间生物学呢?
Lleras博士:成像技术是空间生物学的核心支柱。若没有先进的成像技术,我们将无法获取分析分子水平组织结构所需的高分辨率空间图谱。
RNA测序或蛋白质印迹法等传统分子技术虽能提供基因和蛋白质表达信息,却完全丢失了空间位置信息。
而现代成像技术则能实现:
- 在完整组织中可视化分子相互作用。
- 保留细胞间关联及微环境特征。
- 生成多标图像,从而揭示同一样本中多种生物标志物的相互作用机制。
空间生物学高通量成像面临的挑战
Rebecca:空间生物学成像领域最大的挑战是什么,尤其在高通量应用方面?
Lleras博士:问得好。尽管空间生物学功能强大,但在数据采集、处理和分析方面仍面临重大挑战。
主要挑战包括:
- 海量数据:高分辨率空间成像技术单次实验即可产生TB级数据,这要求配备先进的存储与计算基础设施。
- 标准化与可再现性:不同实验室的成像条件存在差异,导致结果难以比较。AI驱动的自动化扫描有助于解决此问题。
- 速度与分辨率的平衡:研究人员需要在保证图像质量的前提下,实现大规模研究所需的高速成像。
- 数据分析:需要与生物信息学家建立协作进行分析,以及对成像系统生成的大数据集进行自动化分析。正因如此, VS200玻片扫描仪等高通量成像解决方案才具有颠覆性意义。
VS200如何优化空间生物学成像
Rebecca:SLIDEVIEW VS200玻片扫描仪正被广泛应用于空间生物学研究领域。它为何能在该领域大放异彩?
Lleras博士:VS200玻片扫描仪将速度、质量和自动化相结合,专为满足高通量空间生物学需求而设计。
VS200的核心优势如下:
- 高速高通量成像:系统可在数分钟内以20倍放大率采集完整组织的多通道图像。而且,单次运行可扫描多达210张玻片,完美适配大规模研究需求。
- 任何级别的用户都能获得卓越体验:系统配备直观的软件,扫描工作流程高度自动化。同时,它还可提供各种选项,以满足定制成像需求。
- 多重扫描模式:系统可将来自不同成像迭代的多个荧光通道与参考通道对齐,从而实现准确的生物标志物共定位。
- 无缝数据集成:支持多种格式,可与多种分析工具配合使用。
空间生物学在科研与医学领域的未来前景
Rebecca:您认为未来几年空间生物学将走向何方?
Lleras博士:空间生物学正从科研领域快速迈向临床应用。虽然目前该技术主要应用于科研实验室和药物研发领域,但我们已观察到其迈向临床应用的初步进展。
空间生物学的未来前景包括:
- 临床诊断:空间生物学分析即将成为肿瘤常规诊断与精准医疗的核心环节。这将推动治疗方案向更精准、更高效的方向革新。
- AI驱动分析:基于自学习算法的自动化生物标志物检测技术,将实现更快速、更精准的疾病分类。
- 多组学整合:将空间转录组学、蛋白质组学与代谢组学相结合,全面了解疾病机制。
随着空间生物学持续发展,像SLIDEVIEW VS200玻片扫描仪这样的工具将在把复杂成像数据转化为可操作见解方面发挥关键作用。
观看我们的网络研讨会借助空间转录组学研究肿瘤扩散,通过一个示例了解Amin El-Heliebi博士如何运用空间转录组学技术和SLIDEVIEW VS200玻片扫描仪了解结肠癌转移机制。
Rebecca:Lleras博士,您分享的内容很有见地。感谢您分享自己在空间生物学和成像领域的专业见解!
Lleras博士:不客气!我期待能够见证空间生物学在未来几年继续重塑生物医学研究和医学领域的进程。
关键要点
- 空间生物学正通过揭示细胞在组织内的相互作用,彻底改变生命科学领域。
- 先进成像技术对于采集分子层面的空间关系至关重要。
- SLIDEVIEW VS200玻片扫描仪等高通量成像解决方案可优化空间生物学研究中的速度、精度及自动化水平。
- 未来前景光明!空间生物学将很快融入临床工作流程,从而改善诊断和个性化医疗。
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关于受访者
欧洲、中东和非洲地区生命科学研究产品营销经理
Laura Lleras Forero博士是Evident公司负责欧洲、中东和非洲地区的资深产品营销经理,拥有深厚的生物学学术背景和伦敦国王学院的博士学位。凭借10多年的专业经验,她自2021年加入Evident以来,始终致力于推动先进细胞培养显微镜成像解决方案的应用,在SLIDEVIEW VS200玻片扫描仪和APEXVIEW APX100台式荧光显微镜等创新产品的市场拓展中发挥着关键作用。
参考文献
- Van Beijnum, H., et al. 2023. "Spatial Transcriptomics Reveals Asymmetric Cellular Responses to Injury in the Regenerating Spiny Mouse (Acomys) Ear." Genome Research 33: 1424–1437.