摘要：哥倫比亞大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種多模態(tài)測(cè)序技術(shù)，可以從小體積的冷凍腫瘤標(biāo)本中獲得高質(zhì)量的結(jié)果——研究生物庫中存檔的癌癥組織的能力應(yīng)該會(huì)增加用于科學(xué)分析的腫瘤樣本的數(shù)量和種類，并促進(jìn)生物標(biāo)志物和藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)。
研究人員發(fā)明了一種新的RNA測(cè)序方法，可以從小體積的冷凍腫瘤標(biāo)本中獲得高質(zhì)量的結(jié)果。他們?cè)趦身?xiàng)臨床研究中證明了他們技術(shù)的成功，這些臨床研究分析了數(shù)十個(gè)腫瘤樣本，包括存檔的和新收集的，以了解它們對(duì)抗腫瘤治療的反應(yīng)。
圖1 研究人員發(fā)明了一種新的RNA測(cè)序方法，可以從小體積的冷凍腫瘤標(biāo)本中獲得高質(zhì)量的結(jié)果（圖源：[1]）
在過去十年中，使用RNA測(cè)序來測(cè)量單細(xì)胞分辨率下的基因表達(dá)是研究癌癥組織最具變革性的工具之一。通過檢查單個(gè)細(xì)胞的RNA，研究人員可以更好地了解腫瘤內(nèi)細(xì)胞的多樣性，以及這些腫瘤細(xì)胞如何生長(zhǎng)以及如何與免疫細(xì)胞相互作用。這些都是理解癌癥進(jìn)展的特征和癌癥對(duì)治療的耐藥性的重要因素，兩者都是開發(fā)新的癌癥治療方法的關(guān)鍵。
重大的挑戰(zhàn)
在傳統(tǒng)的臨床工作流程中廣泛采用單細(xì)胞RNA測(cè)序的一個(gè)主要障礙是，所需的新鮮組織的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臨床目的常規(guī)收集的數(shù)量。對(duì)新鮮組織的需求意味著樣本采集后必須立即進(jìn)行分析。這些要求極大地限制了對(duì)患者樣本進(jìn)行的科學(xué)分析。
新技術(shù)
為了克服這些障礙，哥倫比亞大學(xué)的研究小組創(chuàng)造了一種新的測(cè)序方法，從少量冷凍腫瘤標(biāo)本中獲得了最佳結(jié)果。這些標(biāo)本通常在臨床試驗(yàn)期間收集并儲(chǔ)存在生物庫中，可能包括來自罕見癌癥和具有獨(dú)特病史或危險(xiǎn)因素的患者的組織。這項(xiàng)新技術(shù)對(duì)這些類型的標(biāo)本進(jìn)行測(cè)序的能力大大增加了可用于科學(xué)分析的腫瘤樣本的數(shù)量和種類。
圖2 新鮮和冷凍樣本的設(shè)門方法和其他測(cè)序質(zhì)量指標(biāo)（圖源：[1]）
“我們對(duì)這項(xiàng)工作及其潛力感到非常興奮，”生物醫(yī)學(xué)工程助理教授Elham Azizi說。
“從冷凍樣本中工作的能力為多機(jī)構(gòu)合作打開了大門，這將推動(dòng)生物標(biāo)志物和藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)。它還使我們有機(jī)會(huì)將尖端計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于分析和整合未解鎖的臨床數(shù)據(jù)，”Azizi解釋說。
“由于我們的方法只需要少量的組織，剩余的樣本可以用于其他研究。這對(duì)研究人員和臨床醫(yī)生，最重要的是，對(duì)我們的患者來說是雙贏的?！?/div>
圖3 在接受抗pd1治療的患者身上收集的匹配T細(xì)胞受體測(cè)序結(jié)果的Circos圖。顏色表示收集時(shí)間(藍(lán)色:治療前，橙色:治療中，綠色:治療后)，連接表示相同TCRs的重疊。這些結(jié)果表明，隨著時(shí)間的推移，T細(xì)胞克隆型顯著多樣化。
圖1 研究人員發(fā)明了一種新的RNA測(cè)序方法，可以從小體積的冷凍腫瘤標(biāo)本中獲得高質(zhì)量的結(jié)果（圖源：[1]）
圖2 新鮮和冷凍樣本的設(shè)門方法和其他測(cè)序質(zhì)量指標(biāo)（圖源：[1]）
研究結(jié)果擴(kuò)大了對(duì)癌癥進(jìn)展的理解
這項(xiàng)新研究從單細(xì)胞RNA測(cè)序、單細(xì)胞t細(xì)胞受體測(cè)序、全基因組測(cè)序和空間RNA測(cè)序(一種保留腫瘤結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新RNA測(cè)序方法)中獲得結(jié)果，這些都是在相同的樣本上進(jìn)行的。通過連接癌癥數(shù)據(jù)的多種模式，研究人員提供了遺傳改變、細(xì)胞功能、免疫細(xì)胞動(dòng)力學(xué)和細(xì)胞在患者組織環(huán)境中的空間定位的全面視圖。這些改進(jìn)極大地拓寬了他們對(duì)癌癥進(jìn)展和耐藥機(jī)制的理解。
下一個(gè)步驟
該團(tuán)隊(duì)目前正在應(yīng)用他們新穎的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算技術(shù)來分析更大的臨床隊(duì)列。這些數(shù)據(jù)使他們能夠更好地研究疾病進(jìn)展，并檢查在黑色素瘤和其他癌癥類型的臨床試驗(yàn)中治療方法的影響。
圖3 在接受抗pd1治療的患者身上收集的匹配T細(xì)胞受體測(cè)序結(jié)果的Circos圖。顏色表示收集時(shí)間(藍(lán)色:治療前，橙色:治療中，綠色:治療后)，連接表示相同TCRs的重疊。這些結(jié)果表明，隨著時(shí)間的推移，T細(xì)胞克隆型顯著多樣化。
ECHIDNA，一種新的計(jì)算工具
與此同時(shí)，研究人員還在開發(fā)一種創(chuàng)新的計(jì)算工具，用于全基因組數(shù)據(jù)和單細(xì)胞RNA測(cè)序的系統(tǒng)整合分析，名為ECHIDNA。他們希望這種機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠成為理解腫瘤細(xì)胞中基因改變(基因型)和細(xì)胞功能(表型)之間關(guān)系的關(guān)鍵，并將其應(yīng)用于更大的黑色素瘤患者群體，以表征治療耐藥性的各種機(jī)制。未來的工作還將包括建立新的計(jì)算方法，在組織學(xué)切片的空間背景下集成這些數(shù)據(jù)，以表征腫瘤-免疫細(xì)胞相互作用的空間動(dòng)態(tài)。
Izar指出:“除了了解癌癥組織，我們的方法還可以研究其他疾病的組織反應(yīng)和組織免疫學(xué)。在過去，我們使用了本文提出的方法的早期版本來研究跨多個(gè)器官對(duì)致命COVID-19感染的組織反應(yīng)。這證明了癌癥研究發(fā)展的一個(gè)例子，可以推動(dòng)整個(gè)生命科學(xué)研究?！?/div>
參考資料：
[1] Multi-modal single-cell and whole-genome sequencing of small, frozen clinical specimens
摘要：哥倫比亞大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種多模態(tài)測(cè)序技術(shù)，可以從小體積的冷凍腫瘤標(biāo)本中獲得高質(zhì)量的結(jié)果——研究生物庫中存檔的癌癥組織的能力應(yīng)該會(huì)增加用于科學(xué)分析的腫瘤樣本的數(shù)量和種類，并促進(jìn)生物標(biāo)志物和藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)。
研究人員發(fā)明了一種新的RNA測(cè)序方法，可以從小體積的冷凍腫瘤標(biāo)本中獲得高質(zhì)量的結(jié)果。他們?cè)趦身?xiàng)臨床研究中證明了他們技術(shù)的成功，這些臨床研究分析了數(shù)十個(gè)腫瘤樣本，包括存檔的和新收集的，以了解它們對(duì)抗腫瘤治療的反應(yīng)。
圖1 研究人員發(fā)明了一種新的RNA測(cè)序方法，可以從小體積的冷凍腫瘤標(biāo)本中獲得高質(zhì)量的結(jié)果（圖源：[1]）
在過去十年中，使用RNA測(cè)序來測(cè)量單細(xì)胞分辨率下的基因表達(dá)是研究癌癥組織最具變革性的工具之一。通過檢查單個(gè)細(xì)胞的RNA，研究人員可以更好地了解腫瘤內(nèi)細(xì)胞的多樣性，以及這些腫瘤細(xì)胞如何生長(zhǎng)以及如何與免疫細(xì)胞相互作用。這些都是理解癌癥進(jìn)展的特征和癌癥對(duì)治療的耐藥性的重要因素，兩者都是開發(fā)新的癌癥治療方法的關(guān)鍵。
重大的挑戰(zhàn)
在傳統(tǒng)的臨床工作流程中廣泛采用單細(xì)胞RNA測(cè)序的一個(gè)主要障礙是，所需的新鮮組織的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臨床目的常規(guī)收集的數(shù)量。對(duì)新鮮組織的需求意味著樣本采集后必須立即進(jìn)行分析。這些要求極大地限制了對(duì)患者樣本進(jìn)行的科學(xué)分析。
新技術(shù)
為了克服這些障礙，哥倫比亞大學(xué)的研究小組創(chuàng)造了一種新的測(cè)序方法，從少量冷凍腫瘤標(biāo)本中獲得了最佳結(jié)果。這些標(biāo)本通常在臨床試驗(yàn)期間收集并儲(chǔ)存在生物庫中，可能包括來自罕見癌癥和具有獨(dú)特病史或危險(xiǎn)因素的患者的組織。這項(xiàng)新技術(shù)對(duì)這些類型的標(biāo)本進(jìn)行測(cè)序的能力大大增加了可用于科學(xué)分析的腫瘤樣本的數(shù)量和種類。
圖2 新鮮和冷凍樣本的設(shè)門方法和其他測(cè)序質(zhì)量指標(biāo)（圖源：[1]）
“我們對(duì)這項(xiàng)工作及其潛力感到非常興奮，”生物醫(yī)學(xué)工程助理教授Elham Azizi說。
“從冷凍樣本中工作的能力為多機(jī)構(gòu)合作打開了大門，這將推動(dòng)生物標(biāo)志物和藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)。它還使我們有機(jī)會(huì)將尖端計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于分析和整合未解鎖的臨床數(shù)據(jù)，”Azizi解釋說。
“由于我們的方法只需要少量的組織，剩余的樣本可以用于其他研究。這對(duì)研究人員和臨床醫(yī)生，最重要的是，對(duì)我們的患者來說是雙贏的?！?/div>
圖3 在接受抗pd1治療的患者身上收集的匹配T細(xì)胞受體測(cè)序結(jié)果的Circos圖。顏色表示收集時(shí)間(藍(lán)色:治療前，橙色:治療中，綠色:治療后)，連接表示相同TCRs的重疊。這些結(jié)果表明，隨著時(shí)間的推移，T細(xì)胞克隆型顯著多樣化。
研究結(jié)果擴(kuò)大了對(duì)癌癥進(jìn)展的理解
這項(xiàng)新研究從單細(xì)胞RNA測(cè)序、單細(xì)胞t細(xì)胞受體測(cè)序、全基因組測(cè)序和空間RNA測(cè)序(一種保留腫瘤結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新RNA測(cè)序方法)中獲得結(jié)果，這些都是在相同的樣本上進(jìn)行的。通過連接癌癥數(shù)據(jù)的多種模式，研究人員提供了遺傳改變、細(xì)胞功能、免疫細(xì)胞動(dòng)力學(xué)和細(xì)胞在患者組織環(huán)境中的空間定位的全面視圖。這些改進(jìn)極大地拓寬了他們對(duì)癌癥進(jìn)展和耐藥機(jī)制的理解。
下一個(gè)步驟
該團(tuán)隊(duì)目前正在應(yīng)用他們新穎的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算技術(shù)來分析更大的臨床隊(duì)列。這些數(shù)據(jù)使他們能夠更好地研究疾病進(jìn)展，并檢查在黑色素瘤和其他癌癥類型的臨床試驗(yàn)中治療方法的影響。
圖3 在接受抗pd1治療的患者身上收集的匹配T細(xì)胞受體測(cè)序結(jié)果的Circos圖。顏色表示收集時(shí)間(藍(lán)色:治療前，橙色:治療中，綠色:治療后)，連接表示相同TCRs的重疊。這些結(jié)果表明，隨著時(shí)間的推移，T細(xì)胞克隆型顯著多樣化。
ECHIDNA，一種新的計(jì)算工具
與此同時(shí)，研究人員還在開發(fā)一種創(chuàng)新的計(jì)算工具，用于全基因組數(shù)據(jù)和單細(xì)胞RNA測(cè)序的系統(tǒng)整合分析，名為ECHIDNA。他們希望這種機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠成為理解腫瘤細(xì)胞中基因改變(基因型)和細(xì)胞功能(表型)之間關(guān)系的關(guān)鍵，并將其應(yīng)用于更大的黑色素瘤患者群體，以表征治療耐藥性的各種機(jī)制。未來的工作還將包括建立新的計(jì)算方法，在組織學(xué)切片的空間背景下集成這些數(shù)據(jù)，以表征腫瘤-免疫細(xì)胞相互作用的空間動(dòng)態(tài)。
Izar指出:“除了了解癌癥組織，我們的方法還可以研究其他疾病的組織反應(yīng)和組織免疫學(xué)。在過去，我們使用了本文提出的方法的早期版本來研究跨多個(gè)器官對(duì)致命COVID-19感染的組織反應(yīng)。這證明了癌癥研究發(fā)展的一個(gè)例子，可以推動(dòng)整個(gè)生命科學(xué)研究?！?/div>
參考資料：
[1] Multi-modal single-cell and whole-genome sequencing of small, frozen clinical specimens
