Visium和Xenium基因表达技术检测灵敏度及分辨率详细说明和对比
2025-08-13 来源:怡美通德微信公众号 点击次数:65
Why Spatial
新型空间转录组学工具将传统成像与分子分析相结合，为您提供所关注生物学现象的更完整图景。无论您是试图解析神经系统复杂性的神经科学家、致力于更清晰揭示癌症中肿瘤微环境的转化研究人员，还是在探索其他众多问题中的任何一个，空间层面的见解都为您的研究项目打开了新的大门。鉴于这些方法的前景及其日益广泛的应用，相关问题已从 “我为什么要开展空间生物学研究？” 转变为 “我想通过空间生物学实现什么目标 —— 以及我应该如何开展这项研究？”
为了帮助您提出自己想探究的问题，10x Genomics开发了两种互补的空间转录组学方法，用于超高 plex 水平的高分辨率空间分析：一种是基于 NGS（二代测序）的全转录组 Visium 空间基因表达技术；另一种是 Xenium基于靶向成像原位基因表达检测技术，目前最大的Panel是Xenium Prime 5K，即5000-plex基因检测。哪种方法最适合您当前的应用，或者它们是否应该结合使用，取决于您的研究项目、研究目标以及实际考量因素。
在这里我们就两种技术的检测灵敏度以及分辨率进行详细的说明和对比，并将10x Genomics今年最新上市的两款空间产品Visium HD 3’ 和Xenium Protein介绍给大家。
在评估单基因灵敏度时，Xenium 检测到的每个基因的转录本数量约为 Visium HD 的 3.18 。不过我们注意到，这一计算结果会受到 Visium HD 所用测序深度的影响（Visium HD数据集平均饱和度为 65.43%）。在检测转录本丰度时，Visium HD 总体检测到的转录本数量平均约为 Xenium Prime 5K 的 1.54 。
在这组实验中，Xenium Prime 5K 的单基因灵敏度高于 Visium HD。而 Visium HD 在基因检出率和转录本丰度方面则优于 Xenium。这主要是因为 Visium 可捕获全转录组数据，而 Xenium Prime 5K 仅靶向约 5000 个基因。此外，我们强调测序饱和度是因为，对于部分（并非所有）组织类型而言，当测序深度超过我们为 Visium HD 推荐的深度时，可能会提高单基因灵敏度。这使得在某些组织和 / 或样本中，转录本丰度和单基因灵敏度在一定程度上可通过测序深度进行调整（请参考10x Technical Note, CG000775 Xenium Prime 5K Gene Expression Workflow, Analysis & Data Highlights）。
在 Visium HD 中，转录本被分配到一个比大多数单个细胞小得多的区域。具体来说，结合的探针通过 CytAssist 仪器精确转移到捕获区，该捕获区有一片连续的寡核苷酸小方块，这些寡核苷酸排列成数百万个 2×2 µm 的带条形码方块。这种基于测序的空间条形码读取，随后以这些 2×2 µm 的方块以及多种bin大小（包括 8×8 µm 的bin，这是10x 推荐的分析起始bin大小）输出。
由于这些方块比单个细胞小，这种方法能够表征每个bin中存在的主要细胞类型。鉴于这种bin策略以及真核细胞的平均大小（10 至 100 µm），每个bin区域可能涵盖不止一个细胞的组成部分，因此，bin的分析方法提供了我们所说的单细胞级分辨率。Space Ranger4.0版本分析软件更新，在提供高清H&E 显微镜图像时，会自动对 Visium HD 和 Visium HD 3' 数据执行基于细胞核的细胞分割。
Xenium 原位技术可将转录本分配到单个细胞。在 Xenium 运行过程中，每个转录本都会被分配到组织内的 X-Y-Z 坐标上。随后，仪器会在运行期间执行多模态细胞分割，该过程利用多种形态学染色方法和专门构建的人工智能算法来识别单个细胞的边界。
之后，根据这些边界及其空间坐标，每个转录本会被分配到相应的细胞中，且在细胞内的定位精度达到纳米级（X-Y 方向定位误差＜50 纳米，Z 方向定位误差＜100 纳米）。
Visium HD 3’ Gene Expression
所包含的标志物经过精心筛选，可提供稳定可靠的检测结果，能够实现全面的细胞分型以及对免疫微环境和肿瘤微环境的空间特征分析。
这些灵活的亚组与包含少于 500 个基因的基因 panel（即开即用型和定制化 RNA）以及人类福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织兼容。能让您在同一张组织切片上实现真正的空间多组学分析，对免疫和肿瘤微环境进行全面的细胞分型和空间表征。
北京怡美通德科技发展有限公司是10x Genomics的官方授权代理商，代理美国10x Genomics公司生产的Chromium单细胞测序建库系列产品、Visium空间转录组系列产品以及Xenium组织空间原位分析系统，提供仪器配套的试剂耗材供货、产品演示实验、产品安装、使用培训以及售前售后技术咨询、生物信息学分析等相关技术服务。
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新型空间转录组学工具将传统成像与分子分析相结合，为您提供所关注生物学现象的更完整图景。无论您是试图解析神经系统复杂性的神经科学家、致力于更清晰揭示癌症中肿瘤微环境的转化研究人员，还是在探索其他众多问题中的任何一个，空间层面的见解都为您的研究项目打开了新的大门。鉴于这些方法的前景及其日益广泛的应用，相关问题已从 “我为什么要开展空间生物学研究？” 转变为 “我想通过空间生物学实现什么目标 —— 以及我应该如何开展这项研究？”
为了帮助您提出自己想探究的问题，10x Genomics开发了两种互补的空间转录组学方法，用于超高 plex 水平的高分辨率空间分析：一种是基于 NGS（二代测序）的全转录组 Visium 空间基因表达技术；另一种是 Xenium基于靶向成像原位基因表达检测技术，目前最大的Panel是Xenium Prime 5K，即5000-plex基因检测。哪种方法最适合您当前的应用，或者它们是否应该结合使用，取决于您的研究项目、研究目标以及实际考量因素。
灵敏度
灵敏度指检测转录本的能力强弱。虽然在空间技术领域中这一术语的使用范围往往较广，但它可以细分为：单基因灵敏度、基因检出率和转录本丰度。
- 单基因灵敏度：指检测方法能够检测到的每个基因的转录本数量。这在差异基因表达分析、稀有转录本检测、基因异构体及变异体检测等应用中至关重要。结合基因检出率（见下文），该指标有助于确定检测方法的动态范围。
- 基因检出率：在单基因灵敏度、检测多重水平和组织类型的影响下，每个细胞或组织区域能够检测到的不同转录本种类数量。基因检出率在基于发现的研究应用中具有不可估量的价值，例如表征健康和 / 或疾病状态下目标组织的特征。
- 转录本丰度：每个细胞或组织区域检测到的转录本总数。可用于识别整体基因表达的大规模变化。其计算取决于检测方法的单基因灵敏度、基因检出率、检测 多重水平以及所分析的组织总面积。
在评估单基因灵敏度时，Xenium 检测到的每个基因的转录本数量约为 Visium HD 的 3.18 。不过我们注意到，这一计算结果会受到 Visium HD 所用测序深度的影响（Visium HD数据集平均饱和度为 65.43%）。在检测转录本丰度时，Visium HD 总体检测到的转录本数量平均约为 Xenium Prime 5K 的 1.54 。
分辨率
涉及转录本的定位，即转录本被分配到特定的组织区域还是细胞，以及能够观察到转录本的最细微细节水平。在 Visium HD 中，转录本被分配到一个比大多数单个细胞小得多的区域。具体来说，结合的探针通过 CytAssist 仪器精确转移到捕获区，该捕获区有一片连续的寡核苷酸小方块，这些寡核苷酸排列成数百万个 2×2 µm 的带条形码方块。这种基于测序的空间条形码读取，随后以这些 2×2 µm 的方块以及多种bin大小（包括 8×8 µm 的bin，这是10x 推荐的分析起始bin大小）输出。
由于这些方块比单个细胞小，这种方法能够表征每个bin中存在的主要细胞类型。鉴于这种bin策略以及真核细胞的平均大小（10 至 100 µm），每个bin区域可能涵盖不止一个细胞的组成部分，因此，bin的分析方法提供了我们所说的单细胞级分辨率。Space Ranger4.0版本分析软件更新，在提供高清H&E 显微镜图像时，会自动对 Visium HD 和 Visium HD 3' 数据执行基于细胞核的细胞分割。
Visium HD 3’ Gene Expression
产品亮点
- 新鲜冷冻组织样本的多物种兼容性；
- 可实现De novo发现，包括isoform可变剪切、BCR/TCR 和 SNV 检测的可行性；
- 检测方法不依赖物种，且与苏木精 - 伊红（H&E）染色的新鲜冷冻组织切片兼容
工作流程
在使用 Visium CytAssist 之前，需通过组织切片、染色以及在载玻片上成像的方式制备组织切片。随后，将两张组织切片和一张双捕获区 Visium HD 切片放入 CytAssist 仪器中，使组织切片与两个 Visium 捕获区对齐。在仪器内部，首先会拍摄一张明场图像，为后续的数据分析提供空间定位。接着，对组织进行透化处理，使组织中的 mRNA 分子能够被 Visium HD 切片表面的 poly (dT) 序列捕获。被捕获的 mRNA 分子会经过逆转录过程，在完成第二链合成后，这些产物会被转移到试管中，从而启动基因表达文库的构建流程。对于完全被组织覆盖的 6.5×6.5 毫米捕获区，建议最终的基因表达文库测序深度至少达到 550 M reads pairs。Xenium Protein
Xenium原位蛋白检测方案包含一套全面的 27 种免疫肿瘤标志物。这些标志物被分为 6 个不同的亚组，每个亚组包含 3-4 种标志物。Xenium 蛋白亚组设计为可整体运行或模块化运行，这种模块化设计具有灵活性和易用性，因为预设的检测组合无需进一步优化，且适用于多种组织类型。所包含的标志物经过精心筛选，可提供稳定可靠的检测结果，能够实现全面的细胞分型以及对免疫微环境和肿瘤微环境的空间特征分析。
北京怡美通德科技发展有限公司是10x Genomics的官方授权代理商，代理美国10x Genomics公司生产的Chromium单细胞测序建库系列产品、Visium空间转录组系列产品以及Xenium组织空间原位分析系统，提供仪器配套的试剂耗材供货、产品演示实验、产品安装、使用培训以及售前售后技术咨询、生物信息学分析等相关技术服务。
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