大多数高水平的复用空间技术仅限于二维;然而,共聚焦和双光子显微镜提供高分辨率的三维信息,并允许通过活体或活体成像监测动态细胞变化。因此,基于荧光的技术,如Confetti和LeGO可以提供与癌症克隆性有关的另一层信息。然而,这些方法不能提供亚细胞分辨率或达到类似于允许分子目标成像技术的分子特异性程度。
三维成像和分子数据的同步采集已应用于厚组织切片或连续组织切片。然而,在空间和时间分辨率、分子或细胞通量以及数据采集时间之间通常存在权衡。
空间技术的最新创新表明,我们正朝着在固定组织中以高空间分辨率捕获3D多路复用转录组图谱的方向前进。例如STARmap可以在组织切片中检测到多达1020个转录本。然而,可检测的靶点数量可能随着组织厚度的增加而减少。
虽然目前还没有出现,但通过活体成像将数千个标记物的三维多模态分析与时间分辨率相结合是非常理想的。此外,具有单细胞空间分辨率的细胞历史记录器(如MEMOIR、intMEMOIR和Zombie)可通过基于成像的条形码检测实现谱系追踪。这些方法展示了多组学与谱系信息整合的潜力,将这些技术与检测代谢组学和表观遗传学数据的技术相结合,癌症生物学将有一个更完整的多维图像。
最后,在临床上使用这些技术是未来几十年转化研究最令人兴奋的挑战之一。在FFPE切片上对蛋白质进行多重分析的实质性进展使患者更接近下一代病理学,辅助诊断检测将指导个性化药物的治疗/干预。然而,将新生的转录组技术从细胞系过渡到组织会带来许多挑战,包括(1)固定和组织降解,(2)染色和探针杂交,以及(3)三维数据和数据采集所需时间。由于临床样本通常储存在固定液中,样本之间的活检和固定时间可能不同,因此RNA的完整性也会不同。因此,在将空间组学方法应用于临床之前,需要提高其样本质量和稳定性。
此外,为了获得高质量的轴向分辨率,通常需要在组织样品中进行样品制备,如冷冻切片或清除。这些方法并不总是与集成的组学解决方案兼容,通常需要进一步优化。还应考虑组织类型之间的形态差异。例如,肺组织布满肺泡气囊,冷冻切片时必须小心处理。类似地,在皮肤细胞和黑色素瘤样本中,色素沉着会因其光吸收特性而对图像采集产生负面影响。对于空间蛋白质组学和转录组学分析,分析的便利性和成本的降低将是这些方法在转化研究和精准医疗中广泛使用需要克服的关键障碍。
尽管准备工作存在挑战,但组织最终提供了丰富的信息,对全面了解癌症生物学至关重要。与大脑的不同解剖结构相似,肿瘤是由大量具有不同细胞类型和基因构成的细胞群聚集而成。肿瘤内的异质性和恶性细胞与环境的错综复杂的相互作用使得单细胞分辨率和组织背景成为全面了解疾病进展的重要前提。