$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
I tessuti sono costituiti da un insieme diversificato di cellule con funzioni specializzate che si organizzano in strutture tridimensionali e, attraverso l'interazione, coordinano i processi biologici necessari per la vita. La patologia insorge quando le interruzioni della composizione cellulare o dell'architettura dei tessuti interferiscono con queste interazioni e compromettono l'omeostasi tissutale1. La conoscenza di come i numerosi tipi di cellule specializzate si localizzano e interagiscono all'interno dei nostri tessuti è necessaria per comprendere la biologia che è alla base della salute e della malattia umana.
I progressi nelle tecnologie di profilazione di singole cellule a livello trascrittomico, epigenomico e proteomico hanno scoperto un'eccezionale diversità di tipi cellulari specializzati. 2,3 Tecnologie come il sequenziamento dell'RNA a singola cellula e la citometria a flusso spettrale possono misurare il numero di parametri necessari per caratterizzare queste popolazioni eterogenee. Tuttavia, questi approcci mancano di informazioni spaziali, poiché le cellule devono essere dissociate dal loro ambiente tissutale nativo in sospensioni di singole cellule 4,5. Pertanto, sono stati identificati tipi di cellule associati a vari contesti patologici, ma le loro interazioni all'interno del tessuto e il loro contributo alla perpetuazione della malattia rimangono poco chiari.
Per affrontare alcune di queste limitazioni, sono state sviluppate diverse tecnologie spazio-omiche per catturare l'eterogeneità cellulare all'interno di un tessuto, preservando al contempo la posizione di ciascuna cellula6. Ad esempio, la trascrizione genica può essere misurata amplificando l'RNA in punti rasterizzati attraverso una sezione di tessuto (ad esempio, Visium) o utilizzando sonde di ibridazione dell'RNA mirate a un pannello di geni specifici che vengono visualizzati con una risoluzione di una singola cellula (ad esempio, Xenium)7,8. Questi metodi sono efficaci per tracciare i modelli trascrizionali e i meccanismi di regolazione all'interno dei tessuti. Tuttavia, i profili trascrizionali spesso sono scarsamente correlati con l'espressione proteica, che riflette più direttamente le capacità funzionali di una cellula9. L'espressione proteica può essere identificata utilizzando anticorpi specifici coniugati a fluorofori, che possono essere rilevati mediante microscopia a fluorescenza10,11. L'uso della microscopia a fluorescenza tradizionale può consentire l'imaging discreto di oltre sei di questi fluorofori coniugati con anticorpi. Tuttavia, i profili di eccitazione ed emissione sovrapposti di questi fluorofori determinano incertezza sull'origine del segnale di fluorescenza in un dato canale12.
Lo sbiancamento iterativo estende la multipleXity (IBEX) è un metodo di imaging ad alto contenuto sviluppato per superare questa limitazione della microscopia a fluorescenza 13,14,15. IBEX utilizza il boroidruro di litio (LiBH4) per inattivare chimicamente i fluorofori dopo l'imaging, consentendo di ricolorare lo stesso campione di tessuto con un successivo ciclo di anticorpi coniugati con fluorofori prima della ri-imaging. IBEX preserva l'integrità dei tessuti, consentendo a molti cicli di imaging di visualizzare un numero teoricamente illimitato di marcatori sulla stessa sezione di tessuto. L'allineamento computazionale delle immagini acquisite fornisce una caratterizzazione a livello omico con risoluzione di una singola cellula, preservando i dati spaziali per rivelare nicchie cellulari. Questi dati possono anche rivelare interazioni cellulari putative, anche se queste dovrebbero essere convalidate utilizzando altre tecniche16. IBEX è un metodo open source compatibile con i fluorofori disponibili in commercio ed è supportato da una comunità internazionale di ricercatori che hanno convalidato i reagenti e condiviso pubblicamente i dati per promuovere l'accessibilità, l'adozione rapida e la generazione di dati di alta qualità17,18.
In questo lavoro, è stato progettato un protocollo modificato di IBEX per superare due importanti sfide della tecnica: l'autofluorescenza tissutale e il legame non specifico di sonde anticorpali coniugate con fluorofori (collettivamente denominate background). L'autofluorescenza si verifica quando l'eccitazione di molecole fluorescenti endogene a un tessuto emette luce che si sovrappone al segnale desiderato ottenuto dai fluorofori coniugati con anticorpi 19,20. Il legame off-target o non specifico di anticorpi coniugati con fluorofori provoca la fluorescenza da cellule o strutture che non esprimono la proteina bersaglio21,22. Questi artefatti possono portare alla conclusione imprecisa che una cellula esprime un marcatore che non esprime veramente, complicando così le analisi computazionali e l'assegnazione accurata del tipo di cellula. Combinando la neutralizzazione della carica a base di eparina del segnale fuori bersaglio con l'acquisizione spettrale completa e l'unmixing computazionale, l'IBEX spettrale riduce notevolmente il bleed-through, migliora il rapporto segnale/sfondo (SBR) e dimezza il tempo di acquisizione per round.