2024年6月24日，柏林医学系统生物学研究所（BIMSB）的研究人员共同通讯在Cell发表题为Open-ST: High-resolution spatial transcriptomics in 3D的文章，报道了Open ST，一种新的三维高分辨率空间转录组学技术，开创了空间生物学的一个突破性进展，能以无与伦比的细节了解组织微环境，有望改变研究人员研究不同物种健康和疾病分子景观的方式。
Open ST的核心是巧妙地将Illumina flow cell改为空间转录组捕获平台，实现了亚细胞分辨率（～0.6μm），12 mm2捕获面积的成本效益价格低于130欧元。该方法结合了图案化flow cell技术和用户友好的3D打印切割指南，确保了精确一致的数据采集。值得注意的是，与其他替代品相比，它需要的测序深度要少得多，且同时保持高水平的转录组信息，从而提高了成本效益。这种简化的过程与标准实验室设备兼容，使研究人员能够高效地准备多个文库，使大规模研究变得可行。
Open ST通过其卓越的捕获效率而脱颖而出，在一系列组织中得到了证明——从胚胎小鼠头部到人类原发性肿瘤及其匹配的健康和转移淋巴结，它能够将高百分比的转录物独特地映射到基因组，同时最大限度地减少核糖体RNA的读取，突出了该平台的准确性。该方法在捕获效率方面始终优于或匹配10×Visium等技术，即使在不同的细胞组成下也有很好的表现。通过保持较低的读取与UMI比率，Open ST优化了库的复杂性，并有助于对新发现进行更深入的测序，同时保持成本可控。
一个关键的创新在于3D虚拟组织块（3D Virtual Tissue Block）的生成。Open ST利用HE成像和计算工具，将转录组学数据与组织学相结合，创建了组织结构和功能的交互式多维视图。这种虚拟重建超越了传统二维分析的限制，使科学家能够在真实的生物学背景下探索细胞及其分子图谱之间的空间关系。作者通过成功重建转移性淋巴结，揭示了传统2D方法无法获得的连续结构和潜在生物标志物验证了该方法。
Open ST的局部捕获能力体现在其以高分辨率准确定位标记基因的能力上，反映了细胞复杂的核质结构。这种精确度对于辨别细胞状态及其在组织发育、稳态和发病机制中的作用至关重要。通过严格的图像预处理和分割模型调整，Open ST提供单细胞分辨率的数据，有助于探索细胞异质性，并揭示组织特异性的细胞-细胞通信热点。Open ST在人类原发组织中的应用为免疫、基质和肿瘤群体的空间组织打开了一个新的视角。在头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）中，该技术描绘了这些细胞的空间异质性，突出了原发性肿瘤及其转移之间的差异。Open ST揭示空间受限异质性的能力为细胞群体在原发性和转移性环境中如何不同地相互作用提供了一个精细的视角。通过准确地在3D肿瘤/淋巴结界面识别潜在的生物标志物，该研究提示了可以为个性化药物策略提供信息的治疗靶点和疾病机制。
通过与基于成像的空间转录组学技术进行严格的基准测试，Open ST成为一种可靠而强大的工具，能够以显著的准确性复制已知的细胞类型和基因表达模式。Open ST对3D虚拟组织块的探索不仅确定了细胞类型和基因程序，还阐明了受体-配体在其固有空间环境中的相互作用，加深了我们对细胞通讯动力学的理解。
总之，Open ST代表了空间转录组学的飞跃，提供了一个全面的开源解决方案，在三个维度上结合了易用性、可负担性、高分辨率和可扩展性。Open ST的应用范围从基础研究到临床研究，有望阐明组织生物学和疾病进展背后的复杂分子机制。随着该领域的不断发展，Open ST将成为推动免疫学及其他领域未来发现和进步的基石技术。
