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Fortschritte in Multiplexing-Techniken bieten weiterhin bessere Charakterisierungswerkzeuge für Targets in Tumoren. Die Tumormikroumgebung (TME) ist ein komplexes System aus Tumorzellen, infiltrierenden Immunzellen und Stroma, in dem räumliche Informationen entscheidend sind, um die Interaktionsmechanismen zwischen Biomarkern von Interesse besser zu verstehen und zu interpretieren1. Mit neuen Techniken wie dem GeoMx Digital Spatial Profiler (DSP) und 10x Visium können mehrere Ziele gleichzeitig in ihrem räumlichen Kontext erkannt und quantifiziert werden. Die Verwendung von Immunfluoreszenzprotokollen, die die Visualisierung von Gewebe erleichtern, kann die räumlichen Profilierungsfähigkeiten dieser Technologien weiter verbessern.
Die Spatial Omics-Technologie, auf die wir uns für diese Methodenentwicklung konzentriert haben, besteht aus räumlichen Proteomik- und Transkriptomik-Assays, bei denen Oligonukleotide über einen UV-empfindlichen photospaltbaren Linker an Antikörper oder RNA-Sonden gebunden werden. Histologische Objektträger werden mit diesen oligokonjugierten Antikörpern oder Sonden markiert und dann auf der räumlichen Profilierungsplattform abgebildet. Als nächstes werden ROIs unterschiedlicher Größe und Form für die Beleuchtung ausgewählt, und die photogespaltenen Oligonukleotide werden abgesaugt und in einer 96-Well-Platte gesammelt. Die photogespaltenen Oligonukleotide können entweder mit dem Nanostring nCounter-System oder mit Next Generation Sequencing (NGS)2,3 quantifiziert werden (Abbildung 1)4,5.
Die Zellverteilungen variieren innerhalb von Geweben, und die Fähigkeit, bestimmte Positionen von Zellen mit ausgewählten Markern und unterschiedlichen ROI-Größen zu charakterisieren, ist von großer Bedeutung, um die Gewebeumgebung vollständig zu verstehen und spezifische Merkmale zu identifizieren. In der hier erwähnten Spatial Omics-Technologie verwendet das Standard-Visualisierungsprotokoll direkt konjugierte Antikörper und ist ein manuelles Protokoll. Die Standardmarker zur Unterscheidung zwischen Tumor und Stroma sind panCytokeratin (panCK) und CD456,7, aber zusätzliche Marker sind notwendig, um spezifische Zellpopulationen von Interesse anzusprechen. Darüber hinaus fehlt der Verwendung von direkt konjugierten fluoreszierenden Antikörpern die Amplifikation, was die Antikörperselektion auf reichlich vorhandene Marker beschränkt. Darüber hinaus unterliegen manuelle Assays einer größeren Variabilität als automatisierte Workflows8. Daher ist es wünschenswert, ein anpassbares, automatisiertes und erweitertes Visualisierungsprotokoll für die ROI-Auswahl zu haben.
Hier zeigt die Studie, dass die TSA-Technologie für räumliche Proteomik-Assays für Visualisierungsprotokolle auf einer automatisierten Plattform verwendet werden kann, was zu einem gezielteren und standardisierteren Assay führt. Darüber hinaus ermöglichen TSA-basierte Assays die Verwendung von Markern mit geringer Expression, wodurch der Bereich der Ziele, die für die Visualisierung ausgewählt werden können, erweitert wird. Ein 3-Plex-Assay für panCK, FAP und Antikörper X wurde unter Verwendung einer automatisierten Plattform entwickelt, auf der panCK und FAP zur Unterscheidung zwischen Tumor und Stroma verwendet wurden. Antikörper X ist ein Stromaprotein, das häufig in Tumoren vorkommt, aber seine Biologie und sein Einfluss auf die Anti-Tumor-Immunität sind nicht vollständig verstanden. Die Charakterisierung des Immunkontexts in Gebieten, die reich an Antikörper X sind, kann seine Rolle bei der Antitumorimmunität und der therapeutischen Reaktion sowie sein Potenzial als Wirkstoffziel aufklären.
Während sich kundenspezifische automatisierte TSA-Visualisierungspanels für räumliche Proteomik-Assays als erfolgreich erwiesen, konnte die Anwendung dieser Assays für räumliche Transkriptomik-Assays nicht bestätigt werden. Dies ist höchstwahrscheinlich auf die Reagenzien und das Protokoll zurückzuführen, die für die automatisierten Visualisierungsprotokolle verwendet werden, die die RNA-Integrität zu beeinträchtigen scheinen. Die Erkenntnis, dass ein automatisiertes Markierungsprotokoll für Visualisierungsmarker für räumliche Proteomik-Assays, nicht aber für räumliche Transkriptomik-Assays verwendet werden kann, bietet eine wichtige Orientierungshilfe für Assay-Designs der Spatial Omics-Technologie.
Darüber hinaus zeigt die Studie, dass der räumliche Transkriptomik-Assay verwendet werden kann, um Ziele in Regionen mit einem Durchmesser von nur 50 μm oder etwa 15 Zellen zu profilieren. Es wurden zwei unterschiedlich große ROIs ausgewählt, um die Fähigkeit des Assays zu testen, auch Transkripte in kleinen ROIs zu erkennen. Für jede Region von Interesse wurden Oligos, die 1.800 mRNA-Zielen entsprachen, gesammelt und gemäß dem Protokoll der räumlichen Profiling-Plattform in Bibliotheken umgewandelt. Bibliotheken wurden einzeln indiziert, anschließend gepoolt und sequenziert. Dies ermöglichte die Bewertung sowohl der Pooling-Effizienz als auch der Fähigkeit, spezifische Zellpopulationen in kleinen ROIs zu identifizieren.
Diese Arbeit zeigt, dass für räumliche Proteomik-Assays ein automatisiertes Protokoll zur Steuerung der ROI-Auswahl auf bestimmten Markern von Interesse verwendet werden kann, um die Abfrage relevanter Gewebebereiche selektiv zu steuern und die räumliche Umgebung des Gewebes zu charakterisieren. Darüber hinaus zeigen wir, dass kleinere ROIs für räumliche transkriptomische Assays verwendet werden können, um spezifische Zellpopulationen zu detektieren und zu charakterisieren.