Vooruitgang in multiplexingtechnieken blijft betere karakteriseringsinstrumenten bieden voor doelen die aanwezig zijn in tumoren. De tumormicro-omgeving (TME) is een complex systeem van tumorcellen, infiltrerende immuuncellen en stroma, waarbij ruimtelijke informatie van cruciaal belang is om mechanismen van interactie tussen biomarkers van belang beter te begrijpen en te interpreteren1. Met opkomende technieken zoals de GeoMx Digital Spatial Profiler (DSP) en 10x Visium kunnen meerdere doelen tegelijkertijd worden gedetecteerd en gekwantificeerd binnen hun ruimtelijke context. Het gebruik van immunofluorescentieprotocollen die weefselvisualisatie vergemakkelijken, kan de ruimtelijke profileringsmogelijkheden van deze technologieën verder verbeteren.
De Spatial Omics-technologie waarop we ons voor deze methodeontwikkeling hebben gericht, bestaat uit ruimtelijke proteomics en transcriptomics-assays waarbij oligonucleotiden via een UV-gevoelige fotocleavable linker aan antilichamen of RNA-sondes worden bevestigd. Histologische dia's worden gelabeld met deze oligo-geconjugeerde antilichamen of sondes en vervolgens afgebeeld op het ruimtelijke profileringsplatform. Vervolgens worden ROIs van verschillende groottes en vormen geselecteerd voor verlichting en worden de fotocleaved oligonucleotiden geaspireerd en verzameld in een 96-well plaat. De fotocleaved oligonucleotiden worden bereid om te worden gekwantificeerd met het Nanostring nCounter-systeem of Next Generation Sequencing (NGS)2,3 (Figuur 1)4,5.
Celverdelingen variëren binnen weefsels en het vermogen om specifieke locaties van cellen te karakteriseren met behulp van geselecteerde markers en verschillende ROI-groottes is van groot belang om de weefselomgeving volledig te begrijpen en specifieke kenmerken te identificeren. In de hier genoemde Spatial Omics-technologie maakt het standaard visualisatieprotocol gebruik van direct geconjugeerde antilichamen en is het een handmatig protocol. De standaardmarkers om onderscheid te maken tussen tumor en stroma zijn panCytokeratine (panCK) en CD45 6,7, maar aanvullende markers zijn nodig om specifieke celpopulaties van belang te targeten. Bovendien mist het gebruik van direct geconjugeerde fluorescerende antilichamen amplificatie, wat de selectie van antilichamen beperkt tot overvloedige markers. Bovendien zijn handmatige testen onderhevig aan meer variabiliteit dan geautomatiseerde workflows8. Daarom is het wenselijk om een aanpasbaar, geautomatiseerd en versterkt visualisatieprotocol te hebben voor ROI-selectie.
Hier toont de studie aan dat, voor ruimtelijke proteomics-assays, TSA-technologie kan worden gebruikt voor visualisatieprotocollen op een geautomatiseerd platform, wat resulteert in een meer gerichte en gestandaardiseerde test. Bovendien maken op TSA gebaseerde assays het gebruik van low-expressing markers mogelijk, waardoor het bereik van doelen die kunnen worden geselecteerd voor visualisatie wordt vergroot. Een 3-plex assay voor panCK, FAP en Antibody X werd ontwikkeld met behulp van een geautomatiseerd platform waar panCK en FAP werden gebruikt om onderscheid te maken tussen respectievelijk tumor en stroma. Antilichaam X is een stromaal eiwit dat vaak voorkomt in tumoren, maar de biologie en impact ervan op de immuniteit tegen tumoren zijn niet volledig begrepen. Het karakteriseren van de immuuncontextuur in gebieden die rijk zijn aan antilichaam X kan zijn rol in antitumorimuniteit en therapeutische respons ophelderen, evenals het potentieel als medicijndoelwit.
Hoewel aangepaste geautomatiseerde TSA-visualisatiepanelen succesvol bleken te zijn voor ruimtelijke proteomics-assays, kon de toepassing van deze assays voor ruimtelijke transcriptomics-assays niet worden bevestigd. Dit is hoogstwaarschijnlijk te wijten aan de reagentia en het protocol dat wordt gebruikt voor de geautomatiseerde visualisatieprotocollen, die de RNA-integriteit in gevaar lijken te brengen. Erkennen dat een geautomatiseerd etiketteringsprotocol voor visualisatiemarkers kan worden gebruikt voor ruimtelijke proteomics-assays, maar niet voor ruimtelijke transcriptomics-assays, biedt belangrijke richtlijnen voor Spatial Omics-technologietestontwerpen.
Bovendien toont de studie aan dat de ruimtelijke transcriptomics-test kan worden gebruikt om doelen te profileren in regio's met een diameter van slechts 50 μm, of ongeveer 15 cellen. Twee ROIs van verschillende grootte werden geselecteerd om het vermogen van de test te testen om ook transcripties in kleine ROI's te detecteren. Voor elke interesseregio werden oligo's die overeenkomen met 1.800 mRNA-doelen verzameld en in bibliotheken gemaakt volgens het protocol van het spatial profiling platform. Bibliotheken werden individueel geïndexeerd, vervolgens gepoold en gesequenced. Dit maakte de evaluatie mogelijk van zowel de pooling-efficiëntie als het vermogen om specifieke celpopulaties in kleine ROI's te identificeren.
Dit artikel toont aan dat voor ruimtelijke proteomics-assays een geautomatiseerd protocol om ROI-selectie op specifieke markers van belang te begeleiden, kan worden gebruikt om selectief de ondervraging van relevante weefselgebieden te richten en de ruimtelijke omgeving van het weefsel te karakteriseren. Verder tonen we aan dat kleinere ROIs kunnen worden gebruikt voor ruimtelijke transcriptomische assays om specifieke celpopulaties te detecteren en te karakteriseren.