[发明专利]基于三坐标空间定位的组织三维空间组学方法

说明书

本发明公开了基于三坐标空间定位的组织三维空间组学方法，该方法包括通过多轮DNA连接反应对组织细胞中的DNA、RNA、蛋白质、染色质以及糖类等分析物进行XYZ三维空间编码，再通过测序技术解析相应的空间位置和生物学信息，进而实现组织的三维空间组学分析。本发明基于三坐标空间定位的组织三维空间组学方法具有操作方便、技术门槛低、成本低廉等优点，能够获取完整组织异质细胞的三维空间分布及相应的生物学信息表达，广泛应用于神经科学、病理学、组织发育等方向的研究。

技术领域

本发明涉及一种基于三坐标空间定位的组织三维空间组学方法。具体地，涉及一种通过多轮DNA连接反应间接或直接对组织细胞中的DNA、RNA、蛋白质、染色质以及糖类等分析物进行三维空间编码，再通过测序得到对应组织细胞中的空间位置和生物学信息，从而实现组织的三维空间组学分析。

背景技术

在多细胞生物体中，不同细胞在组织中存在复杂的空间分布和相互联系，形成一个功能化、结构化以及动态平衡的生态体系。当生命体健康时，组织通过多个细胞的联合作用来维持体内平衡，并在不同的实质细胞和辅助细胞之间进行动态分工。当发生疾病时，伴随着组织细胞的组成和结构发生变化，组织功能障碍的产生通常跨越多种类型的细胞。细胞和分子在不同尺度的组织学形态通常反映了它们的联合功能，解析组织结构和功能之间的关系是组织生物学和病理学的研究基石。

传统的细胞分析方法一般大批量测量多个细胞的基因表达信息，从而掩盖了细胞之间基因表达的差异，丢失关键信息。近年来，单细胞测序技术得到了极大的发展，它可以研究单细胞基因表达异质性，但缺失了细胞空间分布的位置信息。为了解决该问题，空间组学应运而生。研究人员联合分析组织细胞的空间位置和基因表达信息，可以为研究细胞功能、细胞之间相互作用、组织微环境与细胞位置之间的关系提供重要信息。

空间组学技术自发展以来，已在神经科学、病理学、组织发育等方向得到初步应用。目前，空间组学大致分为基于激光捕获显微切割(LCM)、荧光原位杂交(FISH)、荧光原位测序(FISSEQ)和原位捕获等四种类型。具体地，激光显微切割法借助物理激光分割方法获取组织不同位点的细胞，虽然可进行三维空间组学研究，但实验操作复杂，仪器要求高以及分析通量低。荧光原位杂交法是基于多轮杂交成像来确定细胞内的基因信息表达，不过针对的是特定基因序列，因此需要预先合成靶向探针，具有实验流程复杂，耗时长、分析通量有限以及成本高等缺点。相比于荧光原位杂交，荧光原位测序可以使用非靶向探针来结合基因序列以进行原位测序，但依然存在操作复杂，成本高、分析通量有限以及测序读取序列短等问题。自2016年起，基于原位捕获的空间转录组学方法相继出现，其基本原理是使用带有polyT序列的点阵来捕获组织mRNA，结合二代测序技术，实现高通量空间转录组学研究。相比于前三类方法，基于原位捕获的空间组学测序技术操作更为简单，但多用于组织的二维空间组学分析，而不同器官和组织具有独特的三维细胞分布和基因表达图谱，对组织进行便捷、高覆盖率、低成本的三维空间组学研究具有极大的技术挑战性和重要的科学意义。三维空间组学的关键点在于如何突破二维层面的细胞研究，实现组织三维水平上不同细胞的空间分布、相互作用以及基因蛋白质等表达情况的全面解析。因此，本发明提出一种基于三坐标空间定位的组织三维空间组学方法，旨在实现细胞三维空间坐标解析、空间表达模式的基因识别、细胞-细胞交互作用分析，进而推动三维空间组学技术在生物医学领域的应用。

发明内容

本发明设计了一种基于三坐标空间定位的组织三维空间组学方法。通过多轮 DNA连接反应间接或直接对组织细胞中的DNA、RNA、蛋白质、染色质以及糖类等分析物进行三维空间编码，再通过测序得到对应组织细胞的空间位置和生物学信息，实现组织的三维空间组学分析

本发明通过下述方案实现：

基于三坐标空间定位的组织三维空间组学方法，该方法通过多轮DNA连接反应间接或直接对组织中细胞的分析物进行三维空间编码，再通过测序得到对应组织中细胞的空间位置和生物学信息，实现组织的三维空间组学分析。