利用网格化微流控芯片设计，实现高通量大视野空间转录组学新技术

MEMS 2024-09-16 00:01

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在生物医学研究的前沿，空间转录组学技术已成为揭示细胞组成、空间异质性以及细胞间复杂相互作用的关键工具，对于深入理解胚胎发育、神经科学以及疾病发生机制等领域至关重要。尽管如此，该技术在实际应用中仍受限于成本高昂、视野范围有限和数据处理通量不足等技术瓶颈，这些限制在构建三维及多时空全转录组图谱时尤为突出。

据麦姆斯咨询报道，中国科学院动物研究所赵方庆团队在Nature Genetics发表了题为“Custom microfluidic chip design enables cost-effective three-dimensional spatiotemporal transcriptomics with a wide field of view”的研究论文，介绍了他们开发的高通量、大视野空间转录组学新技术——MAGIC-seq。该技术通过网格化微流控芯片设计，结合碳二亚胺化学和新型空间编码技术，显著提升了检测通量和捕获面积，降低了成本和批次效应，为大规模三维组织研究及复杂转录过程分析提供了新路径。

MAGIC-seq技术采用了网格化微流控芯片设计，并对空间编码策略进行优化，通过多次交叉反应实现了“One combination,Multiple spots”的布局，既保持了高灵敏度，又显著提高了检测通量（达8倍），并大幅降低了芯片制备成本（至约$0.11/mm²），减少了样本间的批次效应，适合处理大量样本（如构建连续切片的三维模型），并确保定量分析的准确性。

“拼接芯片”的创新概念

该研究首次提出了“拼接芯片”的创新概念，通过调整网格间距和运用多轮编码技术，将多个捕获网格有效地拼接在一起，从而在不牺牲分辨率的前提下，显著扩展了视野。即便在接近单细胞分辨率下，也能够轻松实现约3.5 cm²的捕获面积，超越绝大多数现有技术的检测能力。尤其是MAGIC-seq允许研究人员根据样品大小和数量自主设计网格的布局，满足定制化实验需求。

MAGIC-seq工作流概览。该研究设计了三网格芯片、九网格芯片和拼接网格芯片三种定制的蛇形通道微流控芯片。为了构建条形码DNA阵列，将两个微流控PDMS芯片依次放置在表面带有羧基的玻璃载玻片上。

（a）拼接网格芯片的制造和下游样品制备的示意图；（b）用于制作拼接网格芯片的微流控器件。

研究团队在多种小鼠组织中广泛测试了MAGIC-seq，结果显示该技术在检测灵敏度、测序效率和数据一致性方面表现优越。随后，团队在高分辨率下对小鼠从胚胎期到出生后不同发育阶段的组织切片进行了细致描绘，并通过数百张H&E染色切片和近百张基因表达样本，成功构建了高质量的发育小鼠大脑三维空间转录组图谱。这种多组织适用性、高通量、分辨率与广阔视野的结合，使MAGIC-seq在生物学研究中具有巨大应用潜力，为深入理解复杂生物过程的分子机制提供了宝贵的数据与工具支持。