单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术在解析细胞异质性方面取得了显著进展，但其依赖组织解离制备单细胞悬液的技术流程，引入了无法忽视的偏差。这一步骤可能导致对解离过程敏感或脆弱的细胞类型丢失，从而影响对组织真实细胞组成的解读。此外，对于体积庞大的神经元，常规单细胞测序往往只能通过提取细胞核（snRNA-seq）进行分析，无法获取细胞质中的转录本信息，导致转录组数据不完整。

CosMx SMI（空间原位分子成像）基于原位成像的原理，无需组织解离，直接在完整组织切片上实现单细胞及亚细胞水平的多靶标检测。该方法不仅避免了因解离造成的细胞选择性丢失问题，还能同时分析细胞核与细胞质的转录本，为神经组织等复杂样本的研究提供了更为可靠的技术方案。

CosMx SMI突破三大技术瓶颈

1、原位捕获避免组织解离导致细胞组成失真

组织解离通常依赖于机械破碎和酶学消化，这个过程对于不同类型的细胞冲击并不均等。某些细胞类型由于固有的生物学特性，在解离过程中更容易被损伤或丢失，比如结构脆弱细胞、对压力敏感细胞和稀有细胞类型等。此外，解离过程可能会诱导应激反应基因的表达上调，导致细胞转录组状态发生改变。

CosMx SMI技术直接在组织切片（如FFPE）上进行原位分析，无需组织解离。无论细胞形态多么脆弱或是与周围细胞连接多么紧密，只要在切片上就能被成像和分析，还原组织中细胞的真实组成情况。此外，包埋组织时的固定操作将细胞基因表达模式定格，使转录组信息更接近真实的生理状态。

2、细胞分割算法精准确认细胞边界，可获得大形态细胞的完整转录组信息

对于体积庞大或形态扁长不规则的细胞（心肌细胞、神经元等），传统单细胞测序通常只能捕获其细胞核（单细胞核转录组测序，snRNA-seq）。这会丢失大量位于细胞质中的关键转录本信息，使得研究人员无法获得完整的细胞转录组数据，从而难以全面评估细胞的真实状态和功能。

CosMx SMI技术凭借其超高分辨率成像和先进的细胞分割算法，通过整合细胞核、细胞体及细胞特异性标记物（如GFAP）的成像信息，结合机器学习算法，能够精确勾勒出包括神经元胞体及其复杂突起在内的完整细胞形态，可以同时分析细胞核和细胞质中的RNA，而非仅限于细胞核的转录本。

3、新的WTx解决方案，能获得空间全转录组信息

CosMx SMI WTx解决方案，利用37872个成像条形码，能够对人类全转录组（约19000个蛋白编码基因）进行亚细胞水平的成像，在空间层面完整呈现通路生物学图谱，并在单转录本水平解析每一个细胞间相互作用。研究人员现在能够在完整组织环境中更全面地理解细胞行为，为生物学发现和治疗干预开辟新途径。

CosMx SMI技术应用案例分享

1、CosMx SMI和10X genomics scRNA-seq在结直肠癌样品中的结果比较

HE染色结果可发现肌肉细胞和上皮细胞在样品中占有较大比例。但是在scRNA-seq数据里，肌肉细胞和上皮细胞的占比很低。这可能是因为它们形状不规则，且细胞排列紧密，因此在细胞解离和细胞捕获过程中丢失。CosMx SMI则完整还原了结直肠癌真实的细胞组成情况。

2、CosMx SMI能够从正常胰腺组织中发现稀有细胞类型

健康胰腺中，内分泌ε细胞（分泌激素胃饥饿素）占比不足0.05%，这需要高细胞通量检测技术才能有效捕获它们。在CosMx SMI结果中，约40万个细胞中检测到了约130个内分泌ε细胞，而在scRNA-seq数据中则未检测到任何内分泌ε细胞。

3、CosMx SMI揭示小鼠桑德霍夫病模型中，小胶质细胞如何参与维持神经元稳态

本研究利用CosMx SMI技术对小鼠桑德霍夫病（SD）模型进行检测，以探究小胶质细胞如何参与维持神经元稳态。本研究证实：β-己糖胺酶（Hexb）可由小胶质细胞分泌，并整合到神经元的溶酶体区室中。采用骨髓移植联合集落刺激因子1受体抑制的方法治疗Hexb基因敲除（Hexb-/-）的SD小鼠模型，该方法能有效将Hexb缺陷的小胶质细胞广泛替换为Hexb功能正常的细胞，使神经元溶酶体表型恢复正常。这些结果凸显了髓系来源的β-己糖胺酶对维持神经元健康的关键作用，同时也确立了小胶质细胞替换作为潜在治疗策略的地位。

在本研究的CosMx SMI分析中，小鼠齿状回区域的细胞分割结果如图所示（绿色：组蛋白；紫色：GFAP；灰白色：DAPI）。图中可清晰观察到，在星形胶质细胞标志物GFAP阳性信号区域内，细胞分割算法准确勾勒出星形胶质细胞的不规则形态结构。这一结果表明，该技术成功捕获了完整细胞的转录组信息，而不仅限于细胞核区域的基因表达。

文章总结 

CosMx SMI技术凭借其原位检测原理，相比传统单细胞测序具有显著优势。它无需组织解离，避免了由此造成的细胞丢失和转录组失真；其高分辨率成像与细胞分割算法能精准界定细胞边界，同时分析细胞核与细胞质的转录本，突破了snRNA-seq仅限细胞核的局限；全转录组空间成像进一步在组织原位揭示细胞互作与功能，提供了更全面可靠的研究方案。

参考文献：

[1] AACR 2025, ABSTRACT 6369, POSTER 2078
[2] Tsourmas KI, Butler CA, Kwang NE, et al. Microglial replacement in a Sandhoff disease mouse model reveals myeloid-derived β-hexosaminidase is necessary for neuronal health. Nat Commun. 2025;16(1):7994. Published 2025 Aug 27. doi:10.1038/s41467-025-63237-0