여기서는 고해상도 공간 프로파일링 응용을 위한 고해상도 공간 프로파일링 응용을 위해 복원 단백질 염색(IBEX)과 RNAscope in situ 하이브리다이제이션 기술을 결합하여 심층 표현형을 분석하는 프로토콜을 제시합니다.
Method Article
여기서는 고해상도 공간 프로파일링 응용을 위한 고해상도 공간 프로파일링 응용을 위해 복원 단백질 염색(IBEX)과 RNAscope in situ 하이브리다이제이션 기술을 결합하여 심층 표현형을 분석하는 프로토콜을 제시합니다.
여기서는 온전한 조직에서 단일 세포 해상도로 단백질과 리보핵산(RNA) 마커의 동시 공간 프로파일링을 가능하게 하는 프로토콜을 제시합니다. 고형암을 둘러싼 핵심 문제 중 하나는 치료적 개입에 대한 환자의 반응성을 예측할 수 없다는 점입니다. 이러한 복잡성을 해독하려면 온전한 조직 내 세포 행동, 상호작용, 표현형을 정량적으로 측정해야 합니다. 구체적으로, 프로테옴과 전사체는 중복되지 않지만 중복되지 않는 정보를 제공하여 합리적인 면역치료법 설계에 매우 중요할 수 있습니다. 그러나 현재로서는 종양 미세환경 내 모든 세포의 전사 및 기능 상태를 심층적으로 프로파일링하면서 중요한 공간 위치 정보를 유지하는 직관적이고 비용 효율적인 방법이 없습니다. 이를 위해 IBEX(반복 표백 확장 다중화) 플랫폼과 HiPlex RNAscope를 성공적으로 결합하여 고플렉스 단백질 마커와 고플렉스 리보핵산(RNA) 전사체를 단일 세포 해상도로 동시에 시각화하였습니다. 이 접근법은 핵 형태를 보존하고 주기 전반에 걸쳐 정확한 이미지 정렬을 가능하게 하기 위해 수정된 RNA 표적 회수 단계를 포함합니다. "Bex-Plex"는 고정된 냉동 조직에 수정되지 않은 IBEX 프로토콜을 수행한 후 수정된 RNA 표적 회상을 사용하여 IBEX 사이클과 핵 수준의 정렬을 보장하는 HiPlex RNAscope 프로토콜을 수행할 수 있게 합니다. 이 프로토콜은 고정된 냉동 조직에 최적화되어 있으며, 전사 및 기능적 세포 상태의 통합 공간 분석을 가능하게 합니다. 단일 세포 수준에서의 프로파일링 능력은 조직 자체에 대한 깊은 정보를 제공할 뿐만 아니라, 치료 반응성을 이끄는 미묘한 세포 상호작용에 대한 예측을 강화하여 종양 미세환경 및 관련 시스템에서 공간 생물학을 연구하는 틀을 제공합니다.
2011년 도입 이후, PDL-1과 CTLA-4와 같은 억제성 면역 체크포인트 분자를 차단하여 세포독성 T 세포 억제를 줄이는 암 면역치료제가 고형종양 치료의 골드 스탠다드로 부상했습니다. 그러나 환자에게 대규모 사용이 있음에도 불구하고, 많은 고형 종양암이 본질적으로 내성을 보이거나 결국 내성을 발생시키기 때문에 이 약물들의 임상 효과는 매우 다양합니다2. 많은 경우 이는 같은3형 암 사이에서도 고형종양이 매우 이질적이기 때문입니다. 고형 종양에서 발생하는 세포 관계에 대한 더 심층적인 이해가 개선된 치료 방식을 만드는 데 핵심입니다. 따라서 이 저항성을 유지하고 유지하는 정확한 메커니즘과 상호작용을 규명하는 것이 암 연구의 최전선에 있습니다. 여기서는 온전한 조직 내 단백질과 RNA 발현을 통합적으로 공간적으로 분석하여 이러한 복잡한 세포 상호작용을 더 잘 특성화할 수 있는 방법을 개발하는 것을 목표로 합니다.
종양 미세환경(TME)은 종양 성장과 면역 반응을 형성하는 비암성 세포 및 구조 요소들로 구성되며, 여기에는 암 관련 섬유아세포, 침윤 면역 세포, 혈관 구성 요소, 그리고 세포외 기질4가 포함됩니다. 최근에는 TME의 구성과 조직이 종양이 면역 침윤에 허용적인지 내성인지에 강한 영향을 미치며, 이는면역치료에 대한 반응성을 결정하는 주요 요인 중 하나임이 분명해졌습니다. 많은 암에서 T 세포 수가 적고 면역억제 성향의 골수질 집단이 존재하는 '면역 사막' 표현형이 체크포인트 차단 요법에 대한 반응성 저하와 상관관계가 있습니다 6,7. 케모카인 신호전달은 이러한 모집 역학의 많은 부분을 지배합니다. 예를 들어, CXCL1과 CCL2는 면역억제성 골수세포를 끌어들이고, CXCR3-CXCL9/CXCl10 축은 세포독성 및 조절성 T 세포를 종양8에 모집합니다. 따라서 지위별 신호 전달 환경은 세포 표현형과 기능에 강력한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 대장암 환자에서 CCL5-CCR5 축은 종양 관련 대식세포(TAM)의 억제 기능을 조절하며, 이 신호를 차단하면 TAM이 항종양 형성 표현형 쪽으로 기울어져 임상 반응 개선과 연관됩니다9. 더 나아가, 면역 세포, 암 관련 섬유아세포, 그리고 종양 세포 간의 ICAM 및 PDL-1을 통한 직접적인 상호작용은 면역 고갈을 유도하고 항종양 면역을 둔화시킬 수 있습니다10. 이 결과들은 TME가 치료 효능에 미치는 영향을 이해하기 위해 공간적으로 분해된 분석의 중요성을 강조합니다.
면역형광(IF) 영상은 조직 내 단백질 발현과 세포 간 상호작용을 시각화하는 기초 접근법으로 남아 있습니다. 이 분야는 기존의 3-4색 IF에서 반복적인 염색과 이미징에 의존하는 고함량 영상 워크플로우로 발전했습니다. 이 방법들에서는 항체 표지, 영상 촬영, 형광체 비활성화 또는 제거를 반복적으로 수행하여 대규모 데이터셋을 생성하여 추가 마커를 염색하고 영상화할 수 있도록 합니다11. Iterative Bleaching Extends Multiplexity(IBEX)는 최근 사용자 친화적이고 비용 효율적인 반복 영상 플랫폼으로 도입되었습니다.12. 상업용 항체 및 기존 현미경 사용과 호환되어, IBEX는 주로 사용되는 염료의 형광을 조직 에피토프를 손상시키지 않고 소결하기 위해 붕소 리튬(LiBH4)을 사용하며, 단일 조직13에 대해 최대 75개의 매개변수를 획득할 수 있습니다. 이 순환 염색으로 얻은 이미지는 SimpleITK 오픈소스 소프트웨어를 사용해 정렬하여 고차원 공간 분석에 적합한 복합 데이터셋을 생성합니다.
단백질 수준 표현형 분석과 보완적으로 공간 전사체 기법은 세포가 원래 환경 내에서 전사 상태에 대해 귀중한 정보를 제공할 수 있습니다. 특히, 현장 하이브리다이제이션(ISH)은 특정 조직에서 DNA 또는 RNA 서열의 위치를 식별하는 데 널리 사용되는 기법입니다11. RNAscope는 독특한 Z 화학을 가진 프로브를 사용하여 단일 분자 해상도로 RNA 전사체를 특이적으로 증폭하는 잘 확립된 ISH 접근법이며, 다양한 샘플 유형과 호환됩니다14. 첨단 세포 진단(ACD)을 통해 널리 채택되고 상업적으로 이용 가능한 플랫폼으로서, RNAscope는 다양한 표적에 대한 검증된 프로브를 제공하여 다양한 응용 분야에 맞춘 실험 설계를 단순화합니다.
단백질과 RNA 검출을 동일 조직 내에서 결합함으로써 세포 정체성과 기능에 대한 보다 완전한 시각을 얻을 수 있습니다. 사이토카인과 케모카인과 같은 단명한 분비 단백질은 전통적으로 IHC에 의한 신뢰할 만한 항체 염색이 부족하지만, mRNA 전사체의 정량화를 통해 발현에 관한 정보를 얻을 수 있습니다. 기존의 염색 유발 IHC 또는 TSA-OPAL과 같은 RNA와 단백질 공동 검출 시도는 비선형 신호 증폭과 시간이 많이 소요되는 항원 회출 프로토콜로 인해 제한을 받았습니다15. 이러한 접근법과 비교할 때, 벡스-플렉스 방법은 공간적 맥락과 핵 형태를 보존하면서도 동시에 고플렉스 단백질과 RNA 검출을 가능하게 하여 정확한 이미지 등록을 가능하게 합니다.
여기서는 IBEX와 RNAscope 플랫폼을 통합하여 세포의 원래 조직 내 전사 및 번역 상태를 동시적이고 정량적으로 특성화하는 프로토콜인 "벡스-플렉스(Bex-Plex)"를 소개합니다. Bex-Plex에서는 고정된 OCT 임베디드 조직이 표준 IBEX 프로토콜을 거친 후 약간 수정된 RNAscope HiPlex 워크플로우를 거치며, 표적 회출은 60°C에서 1시간 배양 시간을 가집니다. 이는 원래 99°C 5분 인큐베이션에서 비롯됩니다. 이로 인해 핵의 구조가 보존되어, IF와 ISH 사이클에서 분리된 이미지를 하나로 등록할 때 피듀셜 마커의 정확한 정렬이 가능합니다. 이 프로토콜은 조직 가용성이 제한적이거나 공간 구조 보존이 중요한 종양 미세환경 분석이나 면역 프로파일링 연구와 같이 단백질과 RNA 발현을 동시에 공간적으로 분석해야 하는 연구에 가장 적합합니다.
널리 구할 수 있는 시약을 사용하며 대부분의 영상 플랫폼과 호환되어, 형광 영상에 익숙하고 기존 현미경에 접근할 수 있는 기술적 훈련을 받은 연구진이라면 누구나 수행할 수 있습니다. 여기서 제시된 프로토콜은 고정된 냉동 샘플에 최적화되어 있습니다. 현재 이 프로토콜은 고정 냉동 조직에서 검증되었으며, FFPE나 인간 임상 표본과 같은 다른 샘플 유형에 적용하기 위해서는 추가 최적화가 필요할 수 있습니다.
이 워크플로우는 조직이 제한적이거나 소중한 경우, 예를 들어 조직 생검이나 표본 크기가 제한된 동물 실험, 그리고 해리 기법으로 추출하기 어려운 세포의 표현형 분석에 매우 유용할 것입니다. 벡스-플렉스는 단일 세포의 전사 및 번역 프로필에 대한 동시적이고 정량적인 정보를 제공하면서도 공간적 맥락을 유지하며, 이는 원래 환경에서 세포 간 관계와 교차 대화에 관한 질문에 답할 독보적인 자료입니다.
이 프로토콜에 명시된 절차는 캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(프로토콜 번호 S24049)에서 승인받았습니다. C57BL/6 유전적 배경을 가진 7-12주 생후 수컷과 암컷 마우스를 특정 병원체가 없는 환경에서 사육한 실험에 사용되었습니다.
1. 조직 준비
2. 조직 절절
참고: 이 프로토콜에 사용되는 모든 시약과 실험실 재료는 RNase가 없는 제품이어야 합니다. 슬라이드를 다룰 때 오염을 방지하기 위해 주의하세요.
3. 단백질 염색
4. 형광체 표백 및 반복 단백질 염색
5. RNAscope HiPlex 슬라이드 준비
6. RNAscope 시약 준비 및 프로브 하이브리다이제이션
7. 프로브 증폭
참고: 슬라이드에 적용하기 전에 모든 시약이 RT에 평형화되었는지 확인하세요.
8. 형광 분해 및 반복 RNA 하이브리다이제이션
9. 이미지 처리

그림 1 : Bex-Plex 워크플로우 개요.
크롬 알룸 코팅 슬라이드에 절절된 고정 조직은 표준 IBEX 최대 3회 사이클을 거친 후 최대 3회 RNAScope HiPlex를 거치며, 이 과정에서 초기 표적 추출 단계는 60°C에서 1시간 동안 수행됩니다. 개별 사이클의 이미지는 등록 및 기준 마커(예: DAPI)를 사용하여 정렬하여 후속 분석을 위한 다중화 데이터셋을 생성합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
우리는 위에서 설명한 프로토콜을 활용하여 쥐 췌장 선암(PDAC) 모델(그림 1)의 종양 미세환경(TME)을 프로파일링하였습니다. KrasLSL-G12D/+에서 분리된 종양 계통; Trp53L/+; Pdx1-Cre; 저발성 췌장암이 발생하고 인간 PDAC의 주요 특징을 재현하는 Rosa26 YFP/YFP(KPCY) 마우스는 C57BL/6 마우스7의 옆구리에 피하 주입되었습니다. 종양 보유 쥐는 이식 후 10일째에 투여된 항PD1(예: 200 μg•마우스-1, RMP1-14)과 항 CTLA-4(ip, 200 μg•마우스-1, 9H10)를 결합한 면역요법으로 투여되었으며, 실험 종료 지점까지 3일마다 이어졌다. 자극성 항CD40(ip., 100 μg•mouse-1, FGK45)은 착상 후 13일째에 단회 투여되었습니다. 우리는 이를 이전에 발표한 대로 "FPC"라고 부릅니다7,16. 실험군당 3개의 종양이 착상 후 16일에 수집되었고, 고정 냉동 절편이 크롬 명반 코팅 슬라이드에 장착되어 벡스-플렉스를 사용했습니다.

그림 2: 대표적인 IBEX + RNAscope(Bex-Plex) 결과입니다.
(A) 췌장 선암종(PDAC) 종양 절편에서 IBEX와 RNAscope 결합 염색은 단백질과 RNA 표적의 공동 검출과 형광 채널의 정렬을 입증합니다. Scale bar, 10 μm. (B) 단백질 마커 채널 강도를 기반으로 한 T 세포(CD3+ CD11b-), 대식세포(CD11b+ CD68+ CD68-) 면역 구획(CD11b+ CD68- Ly6G +/-) 정량화. 그래프는 각 세포 유형별 평균 세포 밀도를 처리군별로 보여줍니다. n=3개의 종양입니다. (C) 단백질에 의해 이전에 확인된 면역 구획 내 Pdl1 및 Il10 전사체 발현 세포의 정량화. 그래프는 치료군별 평균 세포 밀도를 보여줍니다. n=3개의 종양입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
단백질 염색 사이클을 3개의 FPC 처리 종양과 3개의 아이소타입 처리 종양에 대해 수행하여 치료 그룹 간 골수계통 세포에 미치는 영향을 평가하였다. 7가지 지표를 획득했으나, 여기서는 관심 있는 세 가지 마커인 CD11b, Ly6G, CD68에 집중합니다(그림 2A). 영상 획득 후, 단백질 염색에서 나온 형광체를 표백하고 Il10 과 Pdl1 에 대한 프로브를 이용한 RNAscope를 한 차례 검사했습니다(그림 2A). 이후 각각 DAPI를 기준으로 정렬했습니다(그림 2A). CD11b, CD68, Ly6G, CD3의 정량적 평균 형광 강도는 FPC 치료 종양에서 대식세포와 골수세포가 대조군에 비해 감소하는 경향을 보였습니다(그림 2B). 모든 표본에 대해 정량적 비교가 수행되었으며, 데이터는 평균값으로 제시되었습니다. 더불어, 대식세포와 골수계 구획 모두에서 Pdl1, Il10 또는 두 전사체의 조합을 발현하는 세포 수가 대식세포 구획에 비해 감소 추세를 보였습니다(그림 2C). 이 결과는 치료 후 면역억제 세포 집단이 감소할 가능성을 시사하며, 이는 예상되는 생물학적 반응과 일치합니다.

그림 3: 핵 보존을 위한 표적 회수 조건 최적화.
(A) RT 표적 채취 후 조직의 대표적 이미지로, 핵 부종과 형태가 불분명한 상태가 보입니다. 핵 크기의 예시는 노란색 윤곽선으로 표시됩니다. 스케일 바, 40 μm. (B) 온도 조건 조정으로 개선된 핵 형태를 보인 수정 표적 회수 후 조직의 대표 이미지. 핵 크기의 예시는 노란색 윤곽선으로 표시됩니다. 스케일 바, 40 μm (C) RT 표적 회상(사전 예열되지 않음), 60°C 사전 예열 표적 회상, 또는 표준 IF 조건에서 표적 회상이 없는 조직에 대해 DAPI 기반 분할에 의해 결정된 평균 핵부피. 그래프 막대는 평균을, 오차 막대는 표준편차를 나타냅니다. P < 일반 일원 ANOVA로 0.0001(별표는 통계적 유의성 임계값을 나타냄); n= 조건당 1639개의 셀. (D) 이미지 정렬 전후 세 이미지 간 상관관계 점수를 나타내는 히트맵. 성공적인 등록과 핵 수준 차이로 인해 일치하지 않은 등록에 대한 상관 점수가 표시됩니다.
중요한 점은, Bex-Plex가 수정된 표적 회상을 수행하지 않고 시행되었을 때, 수정된 표적 회수가 올바르게 수행된 조직의 핵과 비교해 경계가 불분명한 형태로 확대된 모습으로 나타났다는 것이다 (그림 3A 와 B). 상온 표적 회수 리젠트를 사용하면, 60°C로 예열된 시약을 사용한 표적 회수에 비해 DAPI 염색 기준 평균 핵 부피가 33% 증가했습니다 (그림 3C). 핵 부피 측정은 DAPI 기반 분할을 사용하여 샘플 전반의 대표 필드에서 얻어졌습니다. 더불어, 이 단계를 60°C에서 예열된 회수 시약을 사용했을 때, 표준 IF 염색 후 평균 핵 부피와 유의미한 차이가 없었습니다 (그림 3C). DAPI가 이미지 정렬 기준으로 가장 효과적인 매개변수이므로, 이 비교(그림 3)는 핵 형태를 보존하기 위해 수정된 회수 매개변수의 중요성을 강조합니다. 올바른 이미지 등록은 정렬 상관관계 점수가 1에 가까워 서로 다른 사이클의 이미지 간 유사성을 나타냅니다(그림 3D, 성공 전 이전).
프로토콜의 성공적인 구현은 보존된 핵 형태, 강력하고 특이적인 RNA 신호, 단백질 및 RNA 채널의 정확한 정렬로 나타난다. 반면, 최적이 아닌 결과에는 핵 왜곡, 약하거나 확산된 RNA 신호, 영상 주기 간의 불정렬(그림 3D, 실패 전과 실패 전) 등이 포함될 수 있습니다. 그림 3C에서 보듯이, 핵 형태는 프로토콜 전반에 걸쳐 유지되어야 하며, 질적·양적으로 모두 명확하게 드러납니다. Bex-Plex 도입 전에 사용자는 별도의 단백질과 RNA 염색을 통해 관심 조직의 진실성을 확인해야 합니다. 이는 표적 조직의 단백질 및 RNA 염색을 최적화할 뿐만 아니라, Bex-Plex에 결합할 때 유지해야 할 적절한 공간 패턴을 제공합니다. 예를 들어, CD11b는 CD68과 Ly6G와 함께 위치하며 세포막 국소화 염색을 보입니다(그림 2A). 이는 예상되는 일인데, CD11b는 범골수계 세포 표지자이고, CD68과 Ly6G는 대식세포와 호중구 골수계 하위 집합의 표지자이기 때문입니다. 성공적인 RNA 검출은 개별 세포에만 국한된 뚜렷한 점상 신호로 특징지어지며, 최적이 아닌 경우에는 약하거나 확산된 염색으로 나타날 수 있습니다. RNA 프로브 신호는 전사체 기능에 따라 핵 안팎에서 위치해야 합니다. 비멘틴과 같은 구조적 단백질 마커를 포함시켜 복잡한 조직에서 세포막을 드러내어 전사체 위치 정의의 세포 해상도를 높일 수 있습니다. 음성 또는 대조군 샘플은 배경 염색이 최소화되고 비특이적 프로브 신호가 없어 단백질과 RNA 검출의 특이성을 확인시켜 줄 것으로 기대됩니다.
Bex-Plex 워크플로우는 반복 단백질 염색 플랫폼인 IBEX와 RNAscope in situ 하이브리다이제이션을 통합하여 단백질과 RNA 전사체를 단일 세포 해상도로 동시에 검출할 수 있게 합니다. 이 프로토콜의 주요 목표는 온전한 조직 내에서 단백질과 RNA 발현을 통합적으로 공간적으로 분석할 수 있는 재현 가능한 방법을 제공하는 것입니다. 동일한 조직에서 단백질과 RNA 발현을 모두 측정하는 능력은 이전에 기술적 도전 과제를 안겨왔습니다: 높은 비용, 복잡한 항원 회수 단계, 제한된 다중화 용량, 해상도 제한(단일 세포 제외), 비선형 신호 증폭, 그리고 하위 처리 17,18,19를 위한 광범위한 생물정보학 파이프라인 등이 있습니다. 다중화 면역형광, OPAL/TSA 염색, 공간 전사체 플랫폼과 같은 기존 접근법과 비교할 때, 벡스-플렉스는 재현 가능하고 정량적이며 고전설 수준의 동시에 검출을 가능하게 하며, 공간적 맥락과 핵 형태를 보존하여 정확한 이미지 정렬을 가능하게 합니다. 또한, 벡스-플렉스는 표준 실험실 환경에서 수행할 수 있으며, 단일 셀 해상도로 데이터를 생성하여 처리가 간편합니다. 이 프로토콜을 활용해 종양 미세환경과 같은 다양한 조직 맥락에서 세포-세포 상호작용에 대한 포괄적인 이해를 얻는 것은 더 효과적인 면역요법 개발과 질병 상태 전반에 걸친 환자 치료 후 개선에 필수적입니다.
저희 방법은 OCT에 고정된 조직에서 수행되며, 표준 IBEX 워크플로우를 수정 없이 따릅니다. 이후 약간 변경된 RNAscope HiPlex 프로토콜을 사용합니다. 주요 차이점은 RNA 하이브리드화 워크플로우 시작 시 표적-회수 단계입니다: 제조사의 99°C를 5분 동안 사용하는 대신, 60°C에서 1시간 동안 채취가 수행됩니다. 이 조정은 단백질과 RNA 사이클 간의 정확한 영상 정렬에 필수적인 핵 구조를 보존합니다. 이 프로토콜의 핵심 단계는 일정한 표적 회수 온도를 유지하고, LiBH₄를 이용한 효율적인 형광체 표백, RNase 무첨가 시약의 신속한 처리 및 사용을 통한 RNA 분해 최소화 등이 포함됩니다. 60°C에서 미리 가열된 표적 회수 시약을 사용하는 것이 가장 중요합니다; 이를 수행하지 않으면 배화 단계가 변경되더라도 핵 부풀림을 일으킬 수 있습니다.
LiBH4 와 함께 15분간의 배큐링이 많은 일반적으로 사용되는 형광체를 비활성화하는 데 충분하다는 것이 입증되었지만, 전체 Bex-Plex 프로토콜을 실행하기 전에 각 단백질 사이클별로 이 과정을 개별적으로 검증하는 것이 권장됩니다. 초기 IBEX 출판물에서는 모든 IBEX 호환 플루로포어가 동일하게 표백 가능한 것은 아니라는 점이 잘 알려져 있다. 또한, 저희 연구실에서는 비멘틴과 같은 일부 고함량 구조 표지자는 더 긴 표백 시간이 필요할 수 있음을 관찰했습니다. 사용되는 형광체와 마커 조합이 적절히 표백될 수 있음을 확인하면 잔류 신호가 이후 단백질 및 RNA 사이클로 유출되는 것을 방지할 수 있습니다. IBEX 커뮤니티 페이지에는 IBEX 호환 패널 설계에 관한 훌륭한 자료가 있으며, 항체 효능과 형소포체 표백 배20을 표시하여 신규 사용자의 부담을 줄이기 위해 특별히 설계되었습니다. 또한, 반복적인 염색과 표백은 RNA 전사체 품질에 영향을 주지 않아야 하지만, 단백질 사이클을 최대한 빨리 완료하고 RNAse 없는 시약을 사용하여 시간이 지남에 따라 발생할 수 있는 RNA 분해를 최소화하는 것이 중요합니다. 이를 수행하지 않으면 프로브 하이브리다이제이션에 영향을 주어 특히 저품도 전사체에서 RNAscope 사이클 시 신호가 감소합니다. 프로토콜 중 흔히 발생하는 문제로는 약한 RNA 신호, 불완전한 형광체 표백, 영상 주기 간의 불정렬 등이 있으며, 이는 염색 조건과 영상 매개변수 최적화를 통해 완화할 수 있습니다.
단백질 염색과 RNA 프로브 하이브리다이제이션 사이의 소요 시간을 5일 이내로 제한하는 것이 필수적입니다. 여러 슬라이드에 대해 벡스-플렉스를 수행할 때는 RNA 분해의 변동성을 줄이기 위해 한 번에 한 슬라이드씩 처리하는 것이 강력히 권장됩니다. 마찬가지로, 프로브 하이브리다이제이션과 영상 사이의 시간을 제한하세요. 증폭 후 최대 3일까지 성공적으로 영상을 찍은 경험이 있지만, 더 긴 보관은 권장되지 않습니다. 여러 사이클의 염색 또는 하이브리드화 후 신호가 감소하면, 프로토콜 전반에 걸쳐 속도를 높일 필요가 있을 수 있습니다. 이상적으로는 가능한 한 빨리 작업할 것을 권장합니다. 지연은 RNA의 무결성을 감소시키고 증폭을 감소시킬 수 있기 때문입니다. 다른 접근법으로는 프로토콜의 일정 제약에 맞추기 위해 수행되는 단백질 사이클 수를 줄이거나, RNA 프로브 패널 설계를 변경하여 더 높은 개체 양 표적을 포함하는 방법이 있습니다. IBEX와 RNAscope를 결합하기 전에 각 사이클별로 항체와 프로브 패널을 개별적으로 검증하여 각 사이클의 예상 신호 품질을 결정합니다. 표적 회수 후 핵 팽창이 발생하면, 표적 회수 시약이 제대로 예열되지 않았을 가능성이 있습니다. 추출 반응제가 희석되어 60°C로 예열된 후 냉각되지 않도록 하고, 1시간 동안 슬라이드 배양 기간 동안 온도가 일정하게 유지되도록 해야 합니다. 마지막으로, 핵 팽창이 없는데도 이미지 등록과 정렬이 실패하면, 이는 비트 깊이, 복셀 크기, Z 위치 등 이미지 획득 매개변수에 불일치가 있었음을 의미합니다. 이러한 오류가 발생하면, 설정이 일관되도록 조정하여 프로토콜을 반복해야 할 수도 있습니다. 이러한 문제 해결 전략은 실험 간 재현성과 일관성을 보장하는 데 필수적입니다.
벡스-플렉스가 생성하는 데이터는 이전에는 도달할 수 없었던 수준의 조직 공간 지형을 심층적으로 볼 수 있게 해줍니다. 그러나 이 프로토콜의 주요 한계는 시간이 지남에 따라 RNA가 점진적으로 분해되기 때문에 IBEX만으로는 가능한 총 반복 단백질 사이클 수가 적다는 점입니다. 표준 IBEX 최대 6회 사이클이 시행되었으나, Bex-Plex의 단백질 염색 사이클은 3회 이상 권장하지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 이 프로토콜은 최대 수의 RNAscope 사이클을 수용하며, 이 수준의 다중화 깊이는 대부분의 응용 분야에 충분합니다.
추가적인 제한으로는 조직 유형 간 변동성, 신호 해석에 영향을 줄 수 있는 자가형광 또는 염색 인공물 가능성이 있습니다. 더 취약한 조직은 더 적은 주기를 견딜 수 있고, 조직 유형에 따라 염색에 영향을 미치는 고유한 특성을 가질 수 있습니다. 이러한 한계는 단백질 또는 RNA의 단일 염색 염색을 통해 평가할 수 있으며, Bex-Plex를 실행하기 전에 해결할 수 있습니다. 크롬 알룸 코팅 슬라이드에 절절을 하면 조직 부착력과 구조적 완전성이 크게 향상되지만, 자가형광은 모든 면역형광 기반 기법에서 고려 사항입니다. 또한 현재 이 프로토콜은 FFPE나 인간 임상 샘플에서 검증되지 않았으며, 이러한 응용 분야를 위해 추가 최적화가 필요합니다. 그러나 IBEX와 RNAscope는 주로 포르말린 고정 파라핀 내장(FFPE) 조직에서 시행되기 때문에, Bex-Plex가 이러한 샘플 유형으로 확장될 가능성은 있습니다. 성공적인 구현을 위해서는 항원 회상과 잠재적으로 표적 회수 단계에 대한 추가 최적화가 필요하며, RNA 품질을 유지해야 합니다.
전반적으로 벡스-플렉스는 고플렉스 공간 분석을 위한 간단하고 비용 효율적이며 널리 접근 가능한 방법을 제공합니다. 이 방법은 특히 종양 미세환경 분석, 면역 세포 프로파일링, 신호 상호작용의 공간 매핑과 같은 응용에 적합합니다. 이러한 통합적 관점은 다양한 실험 모델에서 면역 조절, 종양 이질성, 치료 반응성 메커니즘을 탐구하는 능력을 향상시킵니다. 벡스-플렉스는 종양 미세환경이나 염증 및 항상성 동안 다른 조직에서 발생하는 세포 간 교차 대화를 연구해야 하는 상황에서 매우 유용할 것입니다. 특히, 단명한 분자의 전사체를 표현형 단백질 마커와 함께 탐색하여 사이토카인 신호의 공간 역학을 해소하는 능력은 질병 상태 간 세포 상호작용에 대한 더 깊은 이해를 제공할 것입니다. 향후 개선에는 다중화 용량 확대, 자동 영상 분석 파이프라인 통합, 임상 생검 샘플 적용 및 FFPE 조직 포함 워크플로우 확장이 포함될 수 있습니다.
저자들은 경쟁하는 재정적 이해관계가 없다고 선언합니다. 이 원고 작성에는 AI 기반 도구가 사용되지 않았습니다.
저자 기여:
SK는 데이터 수집, 데이터 분석, 조사, 집필에 기여했습니다. CM은 데이터 선별에 기여했습니다. PH는 데이터 분석에 기여했습니다. AV는 데이터 수집에 기여했습니다. VM은 개념화, 데이터 선별, 데이터 분석, 감독, 글쓰기에 기여했습니다.
이 연구는 캘리포니아 대학교 샌디에이고 소아과 알레르기·면역·류마티스학과와 NIH NIGMS 보조 R00GM147841(MOSAIC K99/R00) 및 NCI U54CA272220(UC 샌디에이고 FIRST 보조금)의 지원을 받았습니다. 저자들은 또한 원래 IBEX 방식을 정립한 Andrea Radtke에게 감사를 표하며, 이 방법 없이는 Bex-Plex를 만들 수 없었을 것입니다.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1.5 ml microcentrifuge tubes | Biopioneer | MCNT-1.5F | |
| 200 proof EtOH | Fisher Scientific | BP28184 | |
| 20X SSC buffer | Invitrogen | AM9765 | |
| 24 well plates | |||
| Alexa Fluor 488 anti-mouse CD11b Antibody | Biolegend | 101217 | |
| Alexa Fluor 523 anti-mouse CD3e Antibody | Invitrogen | 58-0032-82 | |
| Alexa Fluor 647 anti-mouse Ly6G Antibody | Biolegend | 127610 | |
| Alexa Fluor 700 anti-mouse CD68 Antibody | Biolegend | 137025 | |
| BD Cytofix/Cytoperm fixation and permeablization solution | BD | 554722 | |
| Chrome alum gelatin | Fisher | NC1692262 | |
| Confocal microscope (e.g Leica Stellaris) | |||
| Cryomolds | VWR | 25608-922 | |
| Cryostat (e.g CryoStar NX50 Cryostat) | Thermofisher Scientific | 957100 | |
| Cryostat blades (e.g Leica Low Profile Disposable Blades DB80LX) | Leica Biosystems | 14035843496 | |
| DAPI | Thermofisher Scientific | 62248 | |
| Dissection microscope (e.g Zeiss SteREO Discovery.V8) | |||
| Dissection tools | |||
| Dry Ice | |||
| Dunk tank for slide staining (e.g Simport Scientific EasyDip Slide Staining Jars) | Fisher Scientific | 22-038-489 | |
| Fluoromount-G | Fisher | OB10001 | |
| Heated water bath | |||
| Histology brushes (e.g. Ted Pella Camel Hair Brushes) | Fisher Scientific | NC2023341 | |
| Hybridization oven (e.g. HybEZ II Hybridization System) | ACD | 321710 | |
| Image analysis software of choice | |||
| ImmEdge Hydrophobic Barrier PAP Pen | Vector Laboratories | H-4000 | |
| Kimwipes | VWR | 21905-026 | |
| Lithium borohydride | STREM Chemicals | 93-0397 | |
| Micropipettes (P-10, P-20, P-200, P-1000) | |||
| Mini Microcentrifuge (e.g. Corning LSE Mini Microcentrifuge) | Corning | 6770 | |
| Mouse BD Fc Block | BD | 553142 | |
| No 1.5 Coverglass | VWR | 48393-241 | |
| Pipette tips (P-10, P-20, P-200, P-1000) | |||
| RNAscope HiPlex Probe, mm-CD274-T7 | ACD | 420501-T7 | |
| RNAscope HiPlex Probe, mm-IL-10-T6 | ACD | 317261-T6 | |
| RNAscope HiPlex12 Reagents Kit v2 (includes detection kit, cleaving stock solution, protease reagents, target retreival reagents, and wash buffer) | ACD | 324409 | |
| RNAscope Protease III | ACD | 322337 | |
| RNase ZAP | Millipore Sigma | R2020-250 | |
| Simple ITK software: https://github.com/niaid/sitk-ibex | |||
| Slide staining tray/humidity chamber | |||
| Sucrose Bioxtra | Sigma | S7903-1KG | |
| Superfrost Plus Microscope slides | VWR | 48311-703 | |
| Tissue-Tek OCT | VWR | 25608-930 | |
| Tween-20, Molecular Biology grade | Promega | H5152 | |
| UltraPure DNase/RNase free water | Fisher Scientific | 10977023 |
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