A transcriptômica espacial (ST) é uma família transformadora de tecnologias que mede a expressão gênica em todo o genoma ao mesmo tempo em que preserva as coordenadas espaciais das moléculas de RNA mensageiro (mRNA) dentro de seções de tecido. Os métodos de ST incluem abordagens baseadas em sequenciamento que utilizam matrizes com códigos de posição e abordagens de imagem in situ que mapeiam sinais transcricionais dentro de microambientes teciduais intactos1,2. Ao preservar o contexto espacial, a ST permite a análise da arquitetura tecidual, da organização de vizinhanças celulares, da comunicação entre células e de processos biológicos associados ao microambiente que não podem ser totalmente resolvidos após a dissociação do tecido3.
O rápido crescimento dos repositórios públicos de dados de ST criou oportunidades sem precedentes para análise secundária e desenvolvimento de métodos3. Recursos como a base de dados CROST curam centenas de conjuntos de dados transcriptômicos com resolução espacial em múltiplas espécies e plataformas tecnológicas, enquanto coleções especializadas como o STOmicsDB focam em metodologias específicas, tais como o Stereo-seq4,5. Apesar dessa abundância de dados, a análise computacional permanece desafiadora devido à complexidade das estruturas de dados espaciais, à diversidade de ferramentas analíticas e aos obstáculos técnicos na implementação de fluxos de trabalho reprodutíveis6,7,8,9,10,11.
Para superar as limitações de depender de um único ambiente de software, apresenta-se aqui um fluxo de trabalho computacional integrado que utiliza ferramentas analíticas complementares. Os ecossistemas existentes de análise de ST incluem principalmente Seurat, Giotto e estruturas baseadas em Python, como o Squidpy6,7,12. Embora ferramentas baseadas em Python, como o Squidpy, ofereçam funcionalidades extensas para análise de grafos espaciais, consolidar o principal fluxo computacional dentro de um único ambiente de linguagem de programação minimiza dificuldades técnicas entre linguagens. Consequentemente, o fluxo principal é implementado principalmente em R para reduzir essas dificuldades técnicas entre linguagens. Neste fluxo de trabalho baseado em R, o Seurat é utilizado para carregamento de dados, controle de qualidade, normalização, redução de dimensionalidade, visualização e integração de múltiplas amostras, refletindo seu uso comum em fluxos de trabalho de transcriptômica única de célula e espacial. O Giotto é então usado para a construção da rede espacial e para a análise de comunicação célula a célula baseada em ligante-receptor. Assim, este fluxo de trabalho conecta o pré-processamento e integração baseados no Seurat à análise espacial baseada no Giotto, mantendo explícita e reprodutível a transferência de dados entre os dois conjuntos de ferramentas.
Dentro desse enfoque, duas estratégias complementares de desconvolução são implementadas: SPOTlight, um método orientado por referência que utiliza dados de scRNA-seq para estimar as proporções de tipos celulares, e STdeconvolve, um método não supervisionado baseado em modelagem de tópicos que identifica padrões transcricionais latentes8,11. Os resultados fornecem visões complementares da heterogeneidade celular espacial, mas não são tratados como uma validação cruzada quantitativa, a menos que os usuários realizem a análise opcional de concordância descrita no protocolo. Uma aplicação personalizada em Python Dash, Select Spatial Spots, é integrada para anotação interativa de regiões de interesse (ROI) e exporta arquivos de anotação baseados em coordenadas padrão que podem ser utilizados em análises downstream subsequentes.
Quanto à aplicabilidade prática, este fluxo de trabalho destina-se principalmente a dados de ST baseados em matrizes padrão (por exemplo, Visium com resolução de 55 µm) e pode ser adaptado a outros tipos de tecidos após avaliação dos parâmetros. Limitações importantes devem ser consideradas antes da análise. Primeiro, o módulo de desconvolução orientado por referência depende de uma referência de scRNA-seq de alta qualidade e correspondente ao tecido. Segundo, plataformas subcelulares ou próximas da resolução unicelular podem exigir pré-processamento modificado, agregação espacial de bins ou segmentação celular baseada em imagem antes da integração2. O conjunto de dados representativo do cólon de camundongo é utilizado como um caso de demonstração para mostrar como o fluxo de trabalho pode avaliar domínios espaciais e a organização tecidual definida por marcadores, e não como evidência de compatibilidade universal da plataforma.